Mikroprocesorowe sterowanie przekształtnikami

Średniozaawansowana wiedza z zakresu programowania mikroprocesorów w języku C, podstawowa wiedza z zakresu elektroniki i systemów mikroprocesorowych, podstawowa wiedza z zakresu energoelektroniki i teorii sterowania.

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (60 godz.):

- udział w wykładach – 15 godzin

- udział w laboratoriach – 45 godzin

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (65 godz.):

- przygotowanie do wykładu- 10 godzin

- przygotowanie do laboratoriów – 15 godzin

- pisanie prac, projektów- 30 godzin

- czytanie literatury- 10 godzin

Łącznie: 125 godz. (5 ECTS)

W1: zna obszary zastosowań beztransformatorowych przekształtników energoelektronicznych – KW_02, K_W07, K_W10;

W2: zna rolę systemu mikroprocesorowego w systemach sterowania – K_W04, K_W07;

W3: ma zaawansowaną wiedzę w zakresie budowy systemu mikroprocesorowego – K_W02, K_W05;

W4: ma zaawansowaną wiedzę w zakresie realizacji technik modulacji oraz budowy i działania torów pomiarowych w systemie mikroprocesorowym – K_W01, K_W02, K_W06, K_W08, K_W09;

W5: orientuje się w zakresie specjalistycznych metod i narzędzi programistycznych używanych przy projektowaniu mikroprocesorowych systemów sterowania w energoelektronice – K_W01, K_W07, K_W08;

W6: ma zaawansowaną wiedzę w zakresie implementacji klasycznych układów regulacji w języku C dla mikroprocesorowych systemów sterowania- K_W06;

U1: Potrafi wyszukać informacje w literaturze fachowej oraz dokumentacji technicznej, niezbędne do realizacji zadań projektowych – K_U01, K_U18;

U2: Posiada umiejętność syntezy oraz implementacji algorytmów sterowania przeznaczonych do zastosowania w przekształtnikach energoelektronicznych – K_U02, K_U03, K_U12;

U3: Potrafi wykorzystywać narzędzia programistyczne do realizacji projektów w obszarze systemów mikroprocesorowych – K_U03, K_U05;

U4: Potrafi zastosować zdobytą wiedzę w praktyce inżynierskiej lub badawczej – K_U02, K_U12;

U5: Potrafi poprawnie diagnozować i rozwiązywać problemy występujące w trakcie realizacji projektów – K_U04, K_U10;

U6: Potrafi przeprowadzić testy opracowanego systemu sterowania, a w razie potrzeby korygować opracowane algorytmy – K_U10, K_U11;

U7: Umie opracować raport z realizacji zadania projektowego K_U07;

K1: zna ograniczenia związane z konstrukcją i obszarem zastosowania przekształtników energoelektronicznych – K_K01;

K2: potrafi samodzielnie znaleźć rozwiązanie problemów projektowych, a w razie konieczności skorzystać w wiedzy eksperckiej – K_K01;

K3: ma świadomość znaczenia przekształtników energoelektronicznych w systemach przetwarzania i magazynowania energii elektrycznej oraz ich wpływu na środowisko – K_K05;

Metoda dydaktyczna podająca:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metoda dydaktyczna poszukująca:

- laboratoryjna

- projektu

- klasyczna metoda problemowa

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- klasyczna metoda problemowa
- laboratoryjna
- projektu

Celem zajęć z przedmiotu Mikroprocesorowe Sterowanie Przekształtnikami jest rozwój dotychczasowych umiejętności z zakresu: programowania, elektroniki oraz teorii sterowania w obszarach projektowania i implementacji algorytmów regulacji w systemach mikroprocesorowych przekształtników energoelektronicznych.

Wykład skupiony będzie wokół zagadnień związanych z działaniem i prawidłową konfiguracją układów peryferyjnych mikrokontrolera takich jak: moduł modulacji szerokości impulsów (PWM), przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), przerwania sprzętowe, synchronizacja pracy modulatora.

Laboratorium obejmować będzie: konfigurację mikrokontrolera, opracowanie wraz z implementacją algorytmów regulacji prądu

i napięcia dla beztransformatorowego przekształtnika DC/DC. Stanowiska laboratoryjne wyposażone są w mikroprocesory Texas Instruments LAUNCHXL-F280049C

Wykład:

1. Wprowadzenie:

- wymagania i warunki zaliczenia;

- rola mikroprocesora w systemie sterowania;

- rola przekształtników energoelektronicznych w nowoczesnym świecie;

2. System mikroprocesorowy i jego rola w sterowaniu przekształtnikiem energoelektronicznym:

- pomiar wielkości elektrycznych;

- obliczenia numeryczne i przetwarzanie sygnałów;

- generowanie sygnałów sterujących;

3. Technika modulacji szerokości impulsów (PWM) w zastosowaniu do sterowania przekształtnikiem:

- podstawowe informacje nt. modulacji szerokości impulsów;

- budowa układu peryferyjnego PWM;

- omówienie trybów pracy bloku licznika;

- implementacja bloku obsługi czasów martwych;

4. Tory pomiarowe prądu i napięcia oraz ich praktyczna realizacja na bazie przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC):

- pomiar wielkości elektrycznych;

- przykładowe typy czujników;

- układ próbkująco-pamiętający;

- przetwarzanie analogowo-cyfrowe;

5. Rola filtrów i ich wpływ na układ regulacji;

- pasywne filtry dolnoprzepustowe;

- wpływ na szumy pomiarowe;

- wpływ na jakość regulacji;

6. Synchronizacja pracy układu pomiarowego z modulatorem;

7. Cyfrowa implementacja dyskretnego regulatora PI oraz regulatora ze sprzężeniem od wektora stanu;

Laboratorium:

1. Praktyczne zastosowanie wiedzy zdobytej na wykładzie:

- konfiguracja modułu PWM;

- konfiguracja przetwornika analogowo cyfrowego;

- synchronizacja pomiarów z modulatorem;

2. Opracowanie układu regulacji prądu i napięcia dla wybranego beztransformatorowego przekształtnika napięcia;

3. Praktyczna implementacja regulatora w języku C.

4. Testy i badania eksperymentalne opracowanego systemu

Literatura podstawowa:

1. P. Horowitz, Winfield Hill, Sztuka Elektroniki, WKŁ 2017

2. P. Hadam, Projektowanie systemów mikroprocesorowych, BTC 2004

3. B. W. Kernighan, D. M.. Ritchie, Jezyk ANSI C, WNT 1988

4. J. Jakubiec, Podstawy techniki mikroprocesorowej, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2014

5. T. Tarczewski, L. Niewiara, M. Skiwski, L. M. Grzesiak, Gain‐scheduled constrained state feedback control of DC–DC buck power converter, IET Power Electronics 11 (4), 2018, 735-743

Literatura uzupełniająca:

1. Texas instruments C2000™ real-time microcontrollers:

https://dev.ti.com/tirex/explore/node?node=AKE6fSN9liZ4rMc2dn4u9w

Metody oceniania:

Test wiedzy- W1 – W4, U1, K1, K3

Zadanie projektowe- W4 – W6, U1 – U7, K2, K3

Kryteria oceniania:

Wykład: zaliczenie na ocenę na podstawie testu wiedzy

ndst - 0 - 50% maksymalnej liczby punktów,

dst - 51 - 60% maksymalnej liczby punktów,

dst plus - 61 - 70% maksymalnej liczby punktów,

db - 71 - 80% maksymalnej liczby punktów,

db plus - 81 - 90% maksymalnej liczby punktów,

bdb - 91 - 100% maksymalnej liczby punktów.

Laboratorium: zaliczenie na ocenę na podstawie pracy projektowej

ndst - 0 - 50% maksymalnej liczby punktów,

dst- 51 - 60% maksymalnej liczby punktów,

dst plus - 61 - 70% maksymalnej liczby punktów,

db - 71 - 80% maksymalnej liczby punktów,

db plus - 81 - 90% maksymalnej liczby punktów,

bdb - 91 - 100% maksymalnej liczby punktów.