Download - Rezumat Teza Mitroi

Transcript
Page 1: Rezumat Teza Mitroi

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREŞTI

FACULTATEA ENERGETICĂ

DEPARTAMENTUL DE HIDRAULICĂ, MAȘINI HIDRAULICE ȘI INGINERIA MEDIULUI

Nr. Decizie Senat: 210 din 28.09.2012

Ing. Marius Alexandru MITROI

CERCETĂRI ASUPRA MODELĂRII ŞI SIMULĂRII ÎN TIMP REAL A

SISTEMELOR DE REGLARE ELECTROHIDRAULICE

RESEARCHES ON THE MODELING AND REAL TIME SIMULATION OF THE ELECTROHYDRAULIC CONTROL SYSTEMS

- REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT -

COMISIA DE DOCTORAT

Preşedinte Prof.dr.ing. Adrian BADEA de la U.P. BUCUREȘTI Conducător de doctorat Prof.dr.ing. Nicolae VASILIU de la U.P. BUCUREȘTI Referent Acad. Florin FILIP de la ACADEMIA ROMÂNĂ Referent Prof.dr.ing. Ilare BORDEAȘU de la U.P. TIMIȘOARA Referent Prof.dr.ing. Nicolae VASILE de la U. VALAHIA TĂRGOVIȘTE

Bucureşti, 2013

Page 2: Rezumat Teza Mitroi

MARIUS-ALEXANDRU MITROI TEZĂ DE DOCTORAT

UNIVERSITATEA “POLITEHNICA” DIN BUCUREŞTI FACULTATEA ENERGETICĂ

DEPARTAMENTUL DE HIDRAULICĂ, MAŞINI HIDRAULICE ŞI INGINERIA MEDIULUI LABORATORUL DE ACŢIONĂRI HIDRAULICE ŞI PNEUMATICE

Ing. Marius - Alexandru MITROI

Conducător ştiinţific: Prof.univ.dr.ing. Nicolae VASILIU

CERCETĂRI ASUPRA MODELĂRII ŞI SIMULĂRII ÎN TIMP REAL A SISTEMELOR DE REGLARE ELECTROHIDRAULICE

RESEARCHES ON THE MODELING AND REAL TIME SIMULATION OF THE ELECTROHYDRAULIC CONTROL SYSTEMS

Abstract: Promovarea surselor regenerabile de energie a impus retehnologizarea centralelor hidroelectrice ca unice surse flexibile de energie, capabile să asigure menținerea frecvenței sistemului energetic național la nivelul impus de UTCE. Exigențele reglării vitezei și puterii hidroagregatelor nu pot fi satisfăcute decât prin utilizarea unor regulatoare de viteză performante. Realizarea acestora în ultimele două decenii a fost posibilă datorită evoluției rapide a echipamentelor industriale de calcul și a servovalvelor electrohidraulice rapide de mare putere. Ultima realizare notabilă în domeniul calculatoarelor industriale este tehnologia bazată pe circuite logice programabile (FPGA). Pornind de la stadiul actual al cercetărilor în domeniul simulării în timp real și a simulării de tip Hardware-In-the-Loop (HiL) a sistemelor de reglare electrohidraulice, în teză s-au identificat performanțele tehnologiei de reglare bazate pe circuitele FPGA și s-a conceput un sistem original de reglare numerică pentru hidroagregatele axiale cu dublu reglaj de tip KAPLAN utilizând tehnologia FPGA. În acest scop s-a realizat modelul funcțional al unui regulator de viteză original ce conține o unitate de timp real din familia PXI și un controler de proces din familia CompactRIO, ambele produse de corporația National Instruments.Implementarea structurilor de conducere numerică bazate pe tehnologia FPGA a impus analiza arhitecturilor moderne de regulatoare automate de viteză pentru hidroagregate, modelarea matematică, simularea numerică în timp real și identificarea experimentală a comportarii dinamice a servomecanismelor hidraulice necesare reglării aparatului director și rotorului turbinelor axiale. Particularitățile sistemului dezvoltat și testat permit implementarea directă a algoritmilor numerici de reglare atât în structura secvențială de calcul cât și în matricea FPGA. Cercetările realizate deschid noi perspective pentru modernizarea sistemelor de conducere aflate la un nivel ierarhic superior in cadrul centralelor hidroelectrice. Cuvinte cheie: sisteme de reglare electrohidraulice numerice, simulare in timp real, HiL, sisteme SCADA, prelucrarea digitala a semnalelor, sisteme robuste de reglare a proceselor energetice.

The large-scale promotion of the renewable energy resources obliged all the electric power suppliers to refurbish the hydro power plants. The main problem generated by the energy supplied by the wind and the sun power stations is the frequency control of the national power network. The hydropower units are the only units, which can match the requirements of the UTCE by the aid of the high performance speed governors created in the last two decades. Two major improvements allowed this achievement: the new generation of two-stage high-speed industrial servovalves, and more reliable high-speed industrial computers. The most important progress in the last field is the development of the programmable field gate array technologies (FPGA). This thesis details the state of the art in the field of real-time simulation and hardware in the loop simulation (HiL) for electrohydraulic control systems. The performances of the control technology based on FPGA were identified and an original control algorithm based on this technology was used to design an original test bench for the speed governors suited for axial hydro power plants. The complex hydraulic test bench contains a real time PXI unit and a CompactRIO controller from National Instruments. The implementation of a governing structure based on the new technology was performed by dynamic identification, mathematical modeling and real time simulation of the hydraulic control systems used for actuating the wicket gates and the runner blades of an industrial turbine controlled by a speed governor patented by the research team of the Fluid Power Systems Laboratory of the U.P.B. The control structure of new developed system allows the direct implementation of the control algorithm in the classic programmable structures as well as in the FPGA type structures. The new control hardware and software architecture developed in this thesis open new ways to improve the control and the communication systems for electrohydraulic speed governors in any type of hydraulic power plant. Keywords: electrohydraulic control systems, real-time simulation, HiL simulation, virtual instrumentation, remote digital control systems, web interfaces, SCADA systems for power plants.

Page 3: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat

Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

2

PREFAŢĂ În contextul extinderii vertiginoase a sistemelor automate electrohidraulice numerice spre cele mai variate domenii industriale, autorul a abordat, cu instrumentele moderne ale teoriei sistemelor cu eșantionare, modelarea, simularea în timp real, identificarea experimentală şi sinteza servomecanismelor electrohidraulice, precum și aplicațiile majore ale acestora în domeniul reglării vitezei agregatelor energetice cu tehnologia digitală FPGA. Prezenta lucrare, elaborată ca teză de doctorat, constituie o încercare de cercetare sistemică a fenomenelor tranzitorii din sistemele automate electrohidraulice digitale - servomecanismele electrohidraulice, privite ca sisteme flexibile de transmitere a mișcării, în scopul sintezei optime a acestora. Pentru a facilita integrarea acestor subsisteme în sisteme automate complexe, modelele matematice studiate au fost transformate în subrutine compatibile cu programul de analiză prin simulare numerică a sistemelor tehnice AMESIM, simplificând considerabil sinteza optimă a acestora. În această lucrare, categoria servomecanismelor include cilindrii hidraulici echipați cu servovalve electrohidraulice, traductoare de poziție și servocontrolere digitale bazate pe tehnologia FPGA implementată de corporația NATIONAL INSTRUMENTS din S.U.A. pe echipamentele de monitorizare și conducere a proceselor industriale din familia CRIO. Autorul a ales această soluție hardware deoarece tehnologia FPGA, inventată în 1985 de compania Xilinks, permite procesarea deterministă a semnalelor, asigurând o precizie absolută compensatoarelor de eroare ale sistemelor automate. Posibilitatea de reconfigurare hardware a procesoarelor acoperă o gamă largă de aplicații în domenii ce necesită simultan un nivel ridicat de securitate și o precizie foarte mare. Teza a fost elaborată în cadrul Laboratorului de Acţionări Hidraulice şi Pneumatice al Departamentului de Hidraulică, Maşini Hidraulice şi Ingineria Mediului din Facultatea de Energetică a Universităţii POLITEHNICA din Bucureşti. Laboratorul este recunoscut de Asociaţia de Acreditare din Romania (RENAR) în domeniul certificării calităţii amplificatoarelor electrohidraulice. Baza materială a laboratorului a fost modernizată cu sprijinul reprezentanţei române a corporaţiei PARKER HANNIFIN în cadrul unei colaborări permanente pe plan ştiinţific şi didactic. Pregătirea dobândită de autor în acest laborator a fost completată prin numeroase vizite în laboratoare de profil europene dintre care se detașează Laboratorul de Sisteme Automate Hidraulice al Universității din Bath (Marea Britanie) și Laboratorul de Hidraulică Aerospațială al Institutului de Științe Aplicate din Toulouse. Instrumentul fundamental de calcul numeric utilizat în lucrare a fost pachetul de programe MATLAB, elaborat de compania MathWorks din S.U.A., precum şi extensiile sale: SIMULINK, CONTROL TOOLBOX, IDENTIFICATION TOOLBOX etc. De asemenea, autorul a utilizat programul AMESIM - instrument evoluat de concepţie prin modelare şi simulare a sistemelor automate cu fluide, elaborat de Societatea IMAGINE din Franţa şi extins de corporaţia LMS INTERNATIONAL din BELGIA. Conducerea și identificarea echipamentelor şi sistemelor studiate în lucrare a fost realizată cu interfeţe de achiziţie a datelor experimentale produse de corporaţia NATIONAL INSTRUMENTS din S.U.A., asistate de pachetul de programe LabVIEW Real Time produs de aceeaşi firmă.

Primul capitol al tezei este consacrat stadiului actual al cercetărilor în domeniul modelării și simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice numerice. Pornind

Page 4: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat

Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

3

de la arhitectura și performanțele impuse sistemelor automate digitale, autorul a enunțat problematica simulării în timp real a proceselor industriale și a analizat caracteristicile tehnologiei FPGA (Field-Programmable Gate Array). Datorită posibilității implementării acestei tehnologii pe sistemele de timp real x86, autorul a studiat particularitățile sistemului de operare LabVIEW Real Time pe care l-a utilizat în teză.

Al doilea capitol al tezei este consacrat studiului arhitecturii sistemelor moderne de simulare în timp real. Se analizează cele mai performante sisteme disponibile din punct de vedere industrial: ADWIN, dezvoltat de firma JAEGER din Germania în jurul procesorului de semnal SHARC, sistemul dSPACE, dezvoltat îndeosebi pentru sistemele de simulare HIL și sitemele PXI și CompactRIO, promovate de NATIONAL INSTRUMENTS. Structura și performanțele servovalvelor electrohidraulice moderne, inclusiv a celor prevăzute cu echipamente de interfață digitale, sunt analizate în capitolul 3. Capitolul 4 cuprinde cercetările întreprinse asupra comportării statice și dinamice a servomecanismelor electrohidraulice de mare putere. Pornind de la modelarea matematică cu limbajul AMESIM, se studiază prin simulare numerică stabilitatea și performanțele dinamice ale acestor subsisteme fundamentale ale tehnicii moderne în varianta industrială bazată pe distribuitoarele proporționale bietajate. Arhitecturile moderne de regulatoare automate de viteză pentru hidroagregate sunt studiate sistematic în capitolul 5. Modelarea matematică, simularea numerică și simularea în timp real a comportarii statice și dinamice a regulatoarelor automate de viteză ale hidroagregatelor axiale cu dublu reglaj este tratată în capitolul 6. Urmând procedura științifică de sinteză a unui nou tip de regulator automat de viteză, în capitolul 7 autorul prezintă identificarea experimentală a servomecanismului electrohidraulic al aparatului director și a întregului sistem de reglare automată a vitezei turbinelor axiale, utilizând în acest scop instrumente evoluate și experiența colectivului în care a elaborat teza. În capitolul 8 se prezintă concepția unui sistem original de reglare numerică a vitezei hidroagregatelor axiale bazat pe tehnologia FPGA. Se stabilește soluția structurală optimă pentru subsistemul electrohidraulic și pentru subsistemul de conducere al procesului și se realizează sinteza compensatorului de eroare digital în tehnologia FPGA.

Rezultatele cercetărilor experimentale asupra comportării statice şi dinamice a sistemelor de reglare bazate pe tehnologia propusă sunt prezentate în capitolul 9.

Teza se încheie cu sinteza contribuţiilor ştiinţifice şi tehnice ale autorului în domeniul abordat.

Scopul întregii lucrări este elaborarea unui model de implementare a tehnologiei FPGA în conducerea proceselor industriale cu risc mare de avarie în cazul defectării echipamentelor de conducere digitale. Astfel proiectanţii de sisteme tehnice complexe vor putea simplifica considerabil sinteza subsistemelor automate hidraulice ale echipamentelor care pot beneficia de avantajele acestei tehnologii.

***

Autorul tezei mulţumeşte în mod deosebit conducătorului ştiinţific, domnul prof.dr.ing. Nicolae VASILIU pentru suportul ştiinţific, tehnic şi moral acordat pe întreaga perioadă de pregătire şi de elaborare a tezei.

Page 5: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat

Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

4

Autorul mulţumește şi pe această cale profesorilor şi colegilor care au contribuit - direct sau indirect - la elaborarea acestei lucrări interdisciplinare. Dintre aceştia se detaşează următorii specialişti: -prof.dr.ing. Daniela VASILIU, şeful Laboratorului de CAD/CAE al Departamentului de Hidraulică, Maşini Hidraulice și Ingineria Mediului din U.P.B.; - acad. Florin Gh. FILIP, președintele Secției de Știinţa şi Tehnologia Informaţiei a Academiei Române;

-conf.dr.ing.mat. Constantin CĂLINOIU, şeful Laboratorului de Acţionări Hidraulice şi Pneumatice al Departamentului de Hidraulică, Maşini Hidraulice și Ingineria Mediului din U.P.B.;

-cercetător științific principal gr.III, dr.ing. Dragoș Daniel ION GUȚĂ de la I.N.C.A.S.;

-drd.ing. Petru Cristinel IRIMIA, directorul executiv al sucursalei române a firmei LMS INTERNATIONAL;

-ing. Leopold LUPUŞANSCHI, directorul firmei CEROB şi al Centrului de Dezvoltare Tehnologică PARKER din Romania;

-dr.ing. Vlad ZILERIU, reprezentantul corporației NATIONAL INSTRUMENTS în România; -prof.dr.ing. Ilare BORDEAȘU, de la Departamentul de Mașini Mecanice, Utilaje și Transporturi, Colectivul de Maşini Hidraulice, al Universității Politehnica din Timişoara; -prof.dr.ing. Nicolae VASILE, directorul Institutului de Cercetări al Universității VALAHIA din Târgoviște;

-tehnician principal Valentin PETICA. Nu în ultimul rând, autorul mulţumeşte părinţilor, pentru înţelegerea şi susţinerea

permanentă. Autorul îşi exprimă speranţa că eforturile sale vor fi utile specialiştilor implicaţi în concepţia, execuţia, implementarea şi exploatarea sistemelor automate electrohidraulice, precum şi studenţilor și doctoranzilor. Orice apreciere constructivă, transmisă prin poşta electronică la adresa [email protected] este binevenită pentru înțelegerea și depăşirea propriilor limite. București, 2013 Autorul

Page 6: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării și simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

5

CUPRINSUL TEZEI

1. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR ÎN DOMENIUL MODELĂRII ȘI SIMULĂRII ÎN TIMP REAL A SISTEMELOR DE REGLARE ELECTROHIDRAULICE, PROBLEME DE STUDIU ȘI METODE DE REZOLVARE

7

1.1. Problematica simulării în timp real a proceselor industriale 7 1.2. Caracteristicile sistemelor de timp real x86 12 1.3. Particularitățile sistemului de operare de timp real LabVIEW REAL TIME 15 2. ARHITECTURI MODERNE DE SISTEME DE SIMULARE ÎN TIMP REAL 19 2.1. Arhitectura şi funcţionarea sistemelor ADWIN 19 2.2. Arhitectura şi funcţionarea sistemelor dSPACE 21 2.3. Arhitectura şi funcţionarea sistemelor NI-PXI 23 2.4. Arhitectura şi funcţionarea sistemelor NI-cRIO 253. STRUCTURA ȘI PERFORMANȚELE SERVOVALVELOR ELECTROHIDRAULICE MODERNE

30

3.1. Structuri de servovalve electrohidraulice 30 3.2. Servovalve electrohidraulice cu bobină mobilă 30 3.3. Servovalve electrohidraulice cu motoare de cuplu 34 3.4. Servovalve electrohidraulice cu electromagneţi proporţionali 40 3.5. Interfațarea servovalvelor electrohidraulice cu sistemele de calcul 48 3.6. Utilizarea protocolului de comunicație EtherCAT în sistemele de reglare

electrohidraulice 51

4. CERCETĂRI ASUPRA COMPORTĂRII STATICE ȘI DINAMICE A SERVOMECANISMELOR ELECTROHIDRAULICE DE MARE PUTERE

58

4.1. Modelarea matematică a servomecanismelor electrohidraulice de mare putere 58 4.2. Caracteristicile mediului de simulare numerică AMESIM 61 4.3. Simularea numerică a servomecanismelor electrohidraulice de mare putere 64 4.4. Stabilitatea servomecanismelor electrohidraulice de mare putere 69 5. ARHITECTURI MODERNE DE REGULATOARE AUTOMATE DE VITEZĂ PENTRU HIDROAGREGATE

76

5.1. Problematica reglării automate a vitezei de rotaţie a hidroagregatelor 76 5.2. Structura regulatoarelor automate de viteză electrohidraulice ale hidroagregatelor 80 5.3. Evaluarea structurii compensatoarelor de eroare ale regulatoarelor automate de

viteză electrohidraulice 85

6. MODELAREA MATEMATICĂ ȘI SIMULAREA NUMERICĂ A COMPORTĂRII STATICE ȘI DINAMICE A RAV ALE HIDROAGREGATELOR AXIALE

86

6.1. Definirea parametrilor funcționali ai hidroagregatelor 86 6.2. Modelarea matematică a hidroagregatelor axiale cu dublu reglaj 94 6.3. Simularea numerică a hidroagregatelor axiale cu dublu reglaj 98 6.4. Simularea în timp real a RAV ale hidroagregatelor axiale cu dublu reglaj 102 7. IDENTIFICAREA EXPERIMENTALĂ A SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATĂ MODERNE A VITEZEI TURBINELOR AXIALE

105

7.1. Metode de identificare a sistemelor automate hidraulice 105 7.2. Identificarea experimentală a servomecanismului electrohidraulic al aparatului

director 106

7.3. Identificarea experimentală a hidroagregatului axial cu dublu reglaj 109

Page 7: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării și simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

6

8. CONCEPȚIA UNUI SISTEM DE REGLARE NUMERICĂ A VITEZEI HIDROAGREGATELOR AXIALE UTILIZÂND TEHNOLOGIA FPGA

113

8.1. Stabilirea soluției optime pentru subsistemul electrohidraulic 113 8.2. Stabilirea soluției optime pentru subsistemul de conducere a procesului 117 8.3. Sinteza compensatorului de eroare digital în tehnologia FPGA prin metoda Landau 119 9. CERCETĂRI EXPERIMENTALE ASUPRA COMPORTĂRII STATICE ȘI DINAMICE A SISTEMELOR DE REGLARE BAZATE PE TEHNOLOGIA FPGA

128

9.1. Metodologia de identificare a performanţelor noii tehnologii 128 9.2. Rezultatele cercetărilor experimentale 134 10. SINTEZA CONTRIBUȚIILOR ȘTIINȚIFICE ȘI TEHNICE ALE AUTORULUI

139

11. BIBLIOGRAFIE 141 12. LISTA DE LUCRĂRI ȘTIINȚIFICE ȘI TEHNICE 152 13. CURRICULUM VITAE 154

Page 8: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

7

1. Stadiul actual al cercetărilor în domeniul modelării și simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice, probleme de studiu și metode de rezolvare În acest capitol este studiat stadiului actual al cercetărilor în domeniul modelării și

simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice numerice. 1.1. Problematica simulării în timp real a proceselor industriale Simularea în timp real este un procedeu de analiză a sistemelor prin care modelele

matematice ale unor dispozitive, sisteme sau subsisteme sunt studiate cu ajutorul unui sistem de timp real, în scopul determinării performanțelor și a stabilității. Acest tip de simulare s-a dezvoltat mai mult în ultimii 15 ani. Nu a fost posibil să se dezvolte mai devreme datorită faptului că până atunci cercetătorii aveau acces limitat la calculatoare de timp real sau la puterea de calcul necesară unui astfel de proces. Prin folosirea simulării în timp real a rezultat o evoluție substanțială a tehnicii [11, 17, 21, 24, 52, 65, 80...86, 113, 128, 143...152].

În prezent, prima etapă în analiza oricărui sistem dinamic complex constă în modelarea şi simularea numerică a sistemului respectiv. Pentru micşorarea timpului necesar dezvoltării modelelor de simulare se pot utiliza limbaje cu interfeţe grafice avansate.

Figura 1.2. Reţeaua de simulare numerică a unei servovalve (LMS-AMESIM)

Sistemele de reglare numerice moderne [80,86] permit conducerea tuturor proceselor, performanţele lor fiind limitate numai de valoarea frecvenţei maxime de eşantionare. Aceste sisteme permit încorporarea unor algoritmi de conducere din ce în ce mai performanţi şi înlocuirea prin operaţii de tip software a numeroase funcţii specifice modulelor analogice.

Simularea în timp real a unui sistem de reglare automată are ca principal obiectiv uzual testarea funcţionalităţii şi performanţelor blocului de comandă al acestuia. Astfel se pot identifica şi situaţiile în care acesta poate suferi anumite defecțiuni. Un alt avantaj important al simulărilor în timp real îl constituie posibilitatea studierii comportării subsistemelor din componenţa procesului. Se pot crea astfel reţele de simulare hibride ce includ subsisteme reale şi subsisteme virtuale, simulate numeric [87,88, 89,90,91,123, 128,131,136,141].

În figura 1.5 se prezintă o aplicaţie tipică de simulare în timp real a unui servomecanism electrohidraulic [128,131]. Subsistemul de acţionare (componenta electrohidraulică) este modelat cu un limbaj de simulare avansat, iar ca modul de comandă se

Page 9: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

8

utilizează chiar controllerul industrial folosit în practică pentru conducerea procesului. Această soluţie de modelare şi simulare a sistemului permite atât acordarea on-line a compensatorului de eroare, fără utilizarea subsistemului electrohidraulic aferent, cât şi modificarea facilă a caracteristicilor acestuia în scopul optimizării comportării dinamice.

Figura 1.5. Simularea în timp real a unui sistem de reglare electrohidraulic

Pentru realizarea modelelor de simulare numerică sau de simulare în timp real, firma LMS IMAGINE [146] oferă posibilitatea creării reţelelor hibride de co-simulare, simulare software și simulare hardware în timp real. Simularea hardware în timp real (figura 1.8) permite testarea şi validarea modelelor de reglare implementate pe sistemele de comandă industriale. Această metodă de simulare permite rularea în timp real a modelelor matematice, utilizarea echipamentelor de reglare şi a dispozitivelor fizice din proces.

1.2. Caracteristicile sistemelor de timp real x86 Sistemele din seria x86 fac parte din categoria procesoarelor cu set complex de

instrucţiuni numite CISC (Complex Instruction Set Computer). Acestea sunt procesoare la care setul de instrucţiuni cuprinde un număr mare de operaţii implementate. În acelaşi timp, procesoarele pot lucra cu diferite tipuri de operanzi; pentru anumite tipuri, durata de calcul pentru adresa operanzilor este mult mai mare.

Procesoarele noi din seria x86 folosesc în structura lor tehnici RISC, dar păstrează vechea structură CISC. Acest set de instrucţiuni complexe face ca software-ul mai vechi să poată rula şi pe procesoarele actuale. Procesoare reprezentative de tip RISC sunt SPARC, MIP şi ALPHA, care însă nu au reuşit să atingă succesul familiei x86. În afara spațiilor separate de instrucțiuni și date și a procesorului de ieșire nu există alte probleme majore specifice microprocesoarelor RISC în arhitectura sistemelor de memorie.

1.3. Particularitățile sistemului de operare de timp real LabVIEW Real Time LabVIEW [142] este un mediu de programare grafică utilizat mai ales pentru

realizarea măsurătorilor şi monitorizarea unor procese automatizate (fig. 1.12). LabVIEW este extrem de util atât în economisirea, cât şi în reprezentarea timpului cu ajutorul limbajului G de programare. Abordarea grafică sporeşte eficienţa printr-o concentrare pe date şi pe operaţiile efectuate pe datele respective, simplificând o mare parte din complexitatea administrativă de programare, precum alocarea de memorie şi sintaxa limbajului.

Mediul LabView conține mai multe biblioteci de funcții predefinite pentru achiziția, prelucrarea, afişarea şi transmiterea datelor. LabVIEW poate fi extins prin funcții definite de utilizator în C sau prin agregarea mai multor blocuri sub forma unor instrumente virtuale (VI). Programele realizate în LabView se numesc instrumente virtuale (Visual Instruments - VIs), la baza acestora fiind conceptele de modularizare şi ierarhie arborescentă. Când se proiectează şi se implementează un VI trebuie să se țină cont de natura modulară a acestuia pentru a putea fi utilizat atât ca program principal, cât şi ca subrutină în componența unui alt VI.

Page 10: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

9

Figura 1.13. Panoul frontal, diagrama bloc, pictograma și conectorul unui program elaborat în mediul de programare LabVIEW

Sistemul de operare (OS) este responsabil pentru gestionarea resurselor hardware ale unui calculator și găzduirea aplicațiilor care rulează pe calculatorul respectiv. Un sistem de operare de timp real (RTOS) efectuează toate aceste sarcini, fiind proiectat pentru a rula aplicații cu sincronizare și un grad ridicat de fiabilitate. Pentru a fi considerat "în timp real", un sistem de operare trebuie să aibă un timp maxim pentru fiecare dintre operațiunile critice pe care le efectuează. LabVIEW poate crea instrumente virtuale încapsulate pentru a fi distribuite pe mașini de calcul fără o licență completă, ceea ce permite reducerea costurilor pentru procedurile de simulare tip HiL. 2. Arhitecturi moderne de sisteme de simulare în timp real

Acest capitol este dedicat studiului arhitecturii sistemelor moderne de simulare în timp real. Se analizează cele mai performante sisteme disponibile din punct de vedere industrial: ADWIN, dezvoltat de firma JAEGER din Germania în jurul procesorului de semnal SHARC, sistemul dSPACE, dezvoltat îndeosebi pentru sistemele de simulare HIL și sitemele PXI și CompactRIO, promovate de NATIONAL INSTRUMENTS.

2.1. Arhitectura şi funcţionarea sistemelor ADWIN Sistemele ADwin (figura 2.2) sunt controllere de proces destinate aplicaţiilor de achiziţie de date și automatizare de mare viteză.

Figura 2.2. Arhitectura sistemelor ADwin

Aplicaţiile realizate cu ajutorul sistemelor ADwin sunt executate în timp real [72,73,74,79, 102...122]. Sistemele ADwin dispun de module intrare/iesire (I/O) analogice şi digitale, un procesor local, RISC sau DSP tip SHARC şi o memorie locală. În funcţie de

Page 11: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

10

configuraţia aleasă, sistemele ADwin pot fi dotate cu diferite module. Limbajul de programare se numeşte ADBasic și permite utilizatorului să dezvolte rapid aplicaţii de timp real complexe. 2.2. Arhitectura şi funcţionarea sistemelor dSPACE

Sistemele de calcul dezvoltate de firma dSPACE [152] sunt dedicate activităților de sinteză ale sistemelor mecatronice de mare viteză prin simulare cu hardware-in-the-loop. Sistemele sunt disponibile sub trei forme: plăci de achiziție PCI (I/O Boards) (figura 2.3), sisteme de capacitate medie (Simulator Mid-Size) şi sisteme de mare capacitate (Simulator Full-Size).

Figura 2.3. Diagrama bloc a plăcii de

achiziție PCI DS1104 Figura 2.4. Sistem de timp real dSPACE de

capacitate medie Sistemele dSpace domină activitatea de concepție în domeniul autovehiculelor rutiere prin acordarea tuturor tipurilor de controlere. Spre exemplu, centrul de încercări al concernului RENAULT-NISSSAN de la Titu utilizează peste 20 de sisteme dSPACE de mare capacitate prin reprezentanța din România - Renault Technologie Roumanie [152]. 2.3. Arhitectura şi funcţionarea sistemelor NI-PXI PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) este un standard ce se bazează pe magistrala PCI, care definește o platformă de calcul robustă, destinată aplicaţiilor de măsurare și automatizare, produsă de coporația NATIONAL INSTRUMENTS din S.U.A. [142] Această platformă (figura 2.6) extinde specificațiile inițiale cu funcții dedicate instrumentelor de achiziție de date și control. Instrumentația modulară PXI valorifică avantajele magistralei de mare viteză PCI.

Figura 2.6. Arhitectura de bază a platformei PXI Figura 2.7. Sistemul PXI 1031 Bazată în întregime pe un standard industrial deschis, instrumentația modulară PXI reprezintă o soluție eficientă deoarece combină arhitectura electrică de mare viteză a PCI cu

Page 12: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

11

un sistem industrial de înaltă fiabilitate, funcţii de sincronizare, temporizare și deplină interoperabilitate cu standardul CompactPCI. 2.4. Arhitectura şi funcţionarea sistemelor NI-cRIO CompactRIO (figura 2.8) este un calculator industrial încapsulat şi reconfigurabil care include module de intrare şi ieşire (I/O), o reţea programabilă reconfigurabilă de porţi logice (Field-Programmable Gate Array - FPGA) şi un controller cu sistem de operare de timp real. Controller-ul (figura 2.9) include un procesor industrial, care execută aplicaţiile LabVIEW Real-Time într-o manieră deterministă şi sigură, oferind un control cu multiple rate de execuţie, urmărirea execuţiei, colectare de date integrată şi comunicare cu dispozitivele periferice. Opţiunile suplimentare includ şi intrări de alimentare redundante 9 - 30 VDC, timer watchdog implementat hardware, 2 porturi Ethernet, capacitare de stocare a datelor de până la 2 GB, USB şi port RS232 încorporat.

Figura 2.8. Arhitectura sistemelor NI cRIO Figura 2.9. Controller-ul de timp real NI cRIO-9014

Şasiul reconfigurabil FPGA reprezintă componenta principală, pe baza căruia se poate obține o arhitectură a sistemului integrat dedicată nevoilor utilizatorului. Intrările şi ieşirile reconfigurabile (RIO – reconfigurable I/O) cu circuite FPGA sunt conectate direct la modulele seria C, pentru a se asigura un acces avansat la ansamblul de circuite I/O ale fiecărui modul, capacitate de triggering şi flexibilitate a sincronizării. Răspunsul sistemului de control oferă o latenţă mult scăzută în comparaţie cu alte controllere industriale întrucât fiecare modul este conectat direct la circuitul FPGA. Din acest motiv, circuitul FPGA comunică în mod automat cu modulele I/O şi asigură intrări/ieşiri deterministe pentru procesorul de timp real. Circuitul FPGA permite programelor de pe controllerul de timp real să acceseze liniile de intrare-ieşire cu mai puţin de 500ns de jitter, datorită arhitecturii integrate. Soluția FPGA poate executa simultan peste 20 de bucle de control PID, la o rată de 100 kHz folosind un singur şasiu. Şasiul este frecvent utilizat pentru a crea sisteme de control care încorporează intrări/ieşiri de mare viteză, bucle de control cu rată de execuţie ridicată, sau filtrare de semnal personalizată. 3. Structura şi performanţele servovalvelor electrohidraulice moderne

Acest capitol este consacrat definirii performanțelor și analizei structurii, funcţionării şi performanțelor amplificatoarelor electrohidraulice bazate pe convertoarele menţionate, în scopul definirii condițiilor corecte și restricțiilor de utilizare în sistemele de reglare volumice. În contextul generalizării conducerii numerice a proceselor, se abordează și problema interfațării servovalvelor cu sistemele de calcul industriale [99,100].

3.1. Structuri de servovalve electrohidraulice O servovalvă electrohidraulică este un element de interfață ce realizează transformarea

unui semnal de natură electrică (tensiune, curent sau semnal digital) într-un semnal de natură hidraulică (debit sau presiune). În versiunea industrială analogică, un astfel de element este compus dintr-un convertor electromecanic şi un element mecanohidraulic de reglare a

Page 13: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

12

debitului sau presiunii. Versiunile moderne, concepute în ultimele două decenii, includ și interfețele de comunicație cu sistemele de calcul industriale ce le asigură integrarea totală cu echipamentele de conducere digitale. Conversia electrohidraulică a semnalelor se realizează în prezent prin mai multe tipuri de dispozitive care utilizează interacţiunea câmp electric - câmp magnetic. 3.2. Servovalve electrohidraulice cu bobină mobilă Un convertor cu magnet permanent şi bobină mobilă este format dintr-un magnet permanent cilindric, o armătură fixă cu simetrie axială şi o bobină mobilă amplasată pe un suport diamagnetic (aluminiu sau titan) în întrefierul circuitului magnetic. În întrefier liniile de câmp magnetic sunt radiale. Dacă bobina este parcursă de un curent, asupra ei se exercită o forţă axială al cărei sens se stabileşte cu regula mâinii drepte. Caracteristica de regim staţionar a convertorului este strict liniară şi nu este afectată de histerezis, datorită absenței fenomenului de autoinducţie. Sensibilitatea în presiune este similară servovalvelor cu motor de cuplu. Caracteristica statică standard este liniară în jurul nulului datorită acoperirii nule și reacției de poziție prin traductorul magnetostrictiv (figura 3.3), dar poate fi adaptată cerințelor de stabilitate și precizie ale diferitelor aplicații. Din punct de vedere dinamic, convertorul cu bobină mobilă poate fi caracterizat printr-o funcţie de transfer de ordinul I, cu o constantă de timp de ordinul milisecundelor (tipic 4 ms pentru semnalul de comandă nominal în tensiune sau curent):

1

sT

K

sU

sF FU

(3.3)

Răspunsul în frecvență al distribuitorului cu bobină mobilă indică o viteză de răspuns excepțională la semnale de mică amplitudine, specifică sistemelor automate. Ca urmare, sfera de aplicații a acestui tip de distribuitor este foarte largă [41,58,59,146,150]. Convertorul cu bobină mobilă este utilizat în structura servovalvelor electrohidraulice monoetajate de uz general, sau bietajate, specifice domeniului energetic. Cea mai importantă aplicație este legată de regulatoarele de viteză electrohidraulice ale mașinilor de forță. În figura 3.5 se prezintă un distribuitor proporțional bietajat cu bobină mobilă, utilizat pentru reglarea debitului turbinelor hidraulice de putere medie. Debitul maxim de cca 1000 l/min (figura 3.6) acoperă cerințele de comandă a organelor de reglare a debitului pentru o gamă largă de turbine de orice tip [150].

a) b)

Figura 3.5. Distribuitor proporțional bietajat de mare putere (D111FE-PARKER): a) secțiune parțială prin etajul de putere; b) schema hidraulică echivalentă

Page 14: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

13

3.3. Servovalve electrohidraulice cu motoare de cuplu Un motor de cuplu este format din doi magneţi permanenţi, două armături fixe, o armătură mobilă susţinută de un element elastic şi două bobine conectate în serie sau paralel. Elementul mobil este o bară solidară cu armătura mobilă [146,150,151]. Momentul de natură magnetică încovoaie tubul flexibil, provocând rotirea barei solidare cu armătura mobilă. Caracteristica de regim staţionar este marcată de un histerezis inevitabil cuprins uzual între 0,25% şi 2,5% din curentul nominal, iN . Din punct de vedere dinamic, motoarele de cuplu se comportă ca elemente de întârziere de ordinul II, cu un factor de amortizare foarte mic (tipic - 0,05) şi cu o frecvenţă de rezonanţă ridicată (tipic - 1000 Hz). Motorul de cuplu are o putere specifică ridicată şi este puțin sensibil la acceleraţii după direcţia axei armăturii mobile; este simetric în raport cu semnalul de comandă şi revine în poziţie de nul la dispariţia acestuia. Proporţionalitatea dintre curentul de comandă şi deplasarea sertarului poate fi asigurată prin trei procedee: prin centrarea sertarului cu resoarte amplasate în camerele de comandă; printr-o reacţie de forţă realizată între sertar şi pârghia (paleta) motorului de cuplu; printr-o reacţie electrică de poziţie realizată cu un traductor inductiv al cărui miez este solidar cu sertarul; prin reacţie de poziţie directă. Soluția cea mai performantă este cea hibridă. Caracteristica de regim staţionar a unei servovalve cu motor de cuplu este suficient de liniară pentru scopuri practice, dar este marcată de histerezis şi saturaţie. Sensibilitatea în presiune a servovalvelor cu motor de cuplu este suficient de mare pentru a asigura o precizie de reglare mare în buclă închisă. Performanţele dinamice ale amplificatoarelor electrohidraulice cu motor de cuplu sunt foarte bune, dar cerinţele de filtrare sunt neadecvate pentru scopuri industriale. Toate aplicațiile importante (aeronautice, nucleare, militare etc.) utilizează practic exclusiv servovalve cu jet mobil. 3.4. Servovalve electrohidraulice cu electromagneţi proporţionali Aplicaţiile industriale ale sistemelor de acţionare hidraulică nu permit filtrarea fină a lichidelor funcţionale cu eforturi rezonabile, dar nici nu necesită performanţe dinamice deosebite. Ca urmare amplificatoarele electrohidraulice industriale utilizează electromagneţi proporţionali de forţă sau de cursă pentru comanda directă a sertarelor şi ventilelor elementelor de reglare hidraulice. 1) Un electromagnet proporţional de forţă este un electromagnet de curent continuu al cărui circuit magnetic este conceput pentru a asigura proporţionalitatea dintre curentul care parcurge bobina şi forţa furnizată de plunjer. Circuitul magnetic conţine două bariere magnetice realizate din materiale diamagnetice (alamă sau aluminiu), care obligă liniile de flux magnetic să parcurgă axial plunjerul, limitând disipaţiile magnetice. Soluţia constructivă tipică este prezentată în figura 3.21. Poziţia şi forma barierei magnetice interioare determină esenţial comportarea în regim staţionar [93,94...98,134,146]. Lagărele plunjerului sunt realizate din bronz sinterizat şi teflonat sau din materiale compozite pe bază de teflon şi sunt imersate în ulei. Forţa electromagnetică tinde să atragă plunjerul în bobină indiferent de sensul curentului în aceasta. Caracteristica de regim staţionar a unui astfel de electromagnet [87, 88, 89, 90, 132, 146] evidenţiază două aspecte specifice: forţa furnizată de electromagnet este proporţională cu intensitatea curentului de comandă, relaţia forţă - curent fiind marcată de o zonă de insensibilitate și de histerezis; forţa furnizată de electromagnet, F este independentă de poziţia plunjerului, pentru o cursă s a acestuia de ordinul a 1,5 mm. Dacă alimentarea bobinei se face la 12 V, curentul maxim de comandă este cuprins între 1,6 şi 2,8 A; forţa maximă furnizată este cuprinsă între 80 şi 170 N, iar curentul de premagnetizare, care corespunde pragului caracteristicii, este cuprins între 15% şi 20% din valoarea nominală a curentului nominal. Electromagneţii proporţionali de forţă pot fi utilizaţi pentru comanda supapelor normal-închise, a supapelor normal-deschise şi pentru comanda distribuitoarelor electrohidraulice monoetajate sau bietajate.

Page 15: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

14

2) Electromagnetul proporţional de cursă [146] este format dintr-un electromagnet proporţional de forţă, un traductor de poziţie inductiv şi un servocontroler. Miezul traductorului de poziţie este solidar cu plunjerul electromagnetului. Servocontrolerul include o sursă stabilizată de curent continuu (12 sau 24 V), o punte tensometrică inductivă, un convertor tensiune-curent şi un generator de semnal “Dither”. Reacţia de poziţie permite reglarea cursei plunjerului cu o precizie suficient de mare pentru sistemele automate industriale, histerezisul caracteristicii statice fiind de ordinul a 0,1%. Electromagneţii proporţionali de cursă sunt utilizaţi îndeosebi pentru comanda distribuitoarelor cu patru căi. Comportarea dinamică situează distribuitoarele proporţionale rapide în domeniul servovalvelor industriale (figura 3.34). La debite mari, distribuitoarele proporţionale au mai multe etaje, fiecare etaj fiind prevăzut cu traductor de poziţie inductiv de mare rezoluție (figura 3.34).

Figura 3.34. Distribuitor proporțional bietajat de mare viteză 4WRLE 35 (BOSCH)

3.5. Interfațarea servovalvelor electrohidraulice cu sistemele de calcul Distribuitoarele proporţionale rapide de ultimă generație (fig.3.37) înglobează interfaţa şi electronica compatibilă cu echipamentele de comandă numerică (automate programabile sau calculatoare industriale).

Figura 3.37. Distribuitor proporţional rapid (MOOG) cu interfață CANopen și Fieldbus

Creșterea continuă a performanțelor dinamice ale amplificatoarelor electrohidraulice, în condițiile creșterii presiunii nominale a sistemelor automate hidraulice, a fost posibilă

Page 16: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

15

numai prin introducerea amplificatoarelor ce incorporează elementele digitale de comunicație și conversie a semnalelor. Efectul introducerii interfațării digitale a extins esențial domeniul de utilizare a servovalvelor proporționale. În figura 3.42. se prezintă ca exemplu tipic blocul de comandă cu logică majoritară produs de firma HYDAC pentru regulatoarele de viteză ale turbinelor cu abur [154].

Figura 3.42. blocul de comandă cu logică majoritară produs de firma pentru regulatoarele de viteză ale turbinelor cu abur [HYDAC]

3.6. Utilizarea protocolului de comunicație EtherCAT în sistemele de reglare electrohidraulice Rețelele tipice de automatizare sunt caracterizate de seturi mici de date pe nod, uzual mai mici decât conținutul minim al unui pachet Ethernet. Folosirea unui pachet pe nod și pe ciclu conduce la o utilizare ineficientă a lățimii de bandă și performanțe modeste ale rețelei. Protocolul EtherCAT ofera o abordare nouă a acestei probleme: dispozitivele EtherCAT de tip slave citesc datele ce le sunt adresate în timp ce pachetul trece prin rețea. În mod similar, datele sunt inserate tot în timpul trecerii pachetului. Pachetele sunt întarziate numai câteva fracțiuni de microsecundă în fiecare nod. În figura 3.43 se prezintă ca exemplu standul pentru încercarea servomecanismelor pentru comanda flapsurilor aeronavei A350, realizat de firma MOOG în 2011 cu tehnologia EtherCAT [151].

Figura 3.43. Simulator de solicitări aerodinamice pentru flapsurile aeronavei A350 condus cu tehnologia EtherCAT (MOOG)

Page 17: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

16

4. Cercetări asupra comportării statice și dinamice a servomecanismelor electrohidraulice de mare putere

Capitolul 4 cuprinde cercetările întreprinse asupra comportării statice și dinamice a servomecanismelor electrohidraulice de mare putere. Pornind de la modelarea matematică cu limbajul AMESIM, se studiază prin simulare numerică stabilitatea și performanțele dinamice ale acestor subsisteme fundamentale ale tehnicii moderne în varianta industrială bazată pe distribuitoarele proporționale bietajate.

4.1 Modelarea matematică a servomecanismelor electrohidraulice de mare putere Modelul matematic al sistemului automat electrohidraulic neliniar, propus inițial în

lucrarea [138] și utilizat ulterior în lucrările [42, 68...71, 78,79] conţine următoarele ecuaţii. 1. Caracteristica distribuitorului Etajul de putere al acesteia este un distribuitor de reglare cu 4 căi şi 3 poziţii, cu

centrul închis critic. Caracteristica acestuia este de forma

(4.1)

În relaţia (4.1) x este deplasarea sertarului distribuitorului din poziţia neutră; P - diferenţa de presiune dintre racordurile cilindrului hidraulic; A(x) - aria orificiilor de distribuţie pe fiecare cale; cd - coeficientul de debit al orificiilor, considerat unic; pS - presiunea de alimentare a distribuitorului, considerată constantă. Caracteristica distribuitorului poate fi scrisă sub forma:

(4.2)

în care:

este factorul de amplificare în debit al distribuitorului, caracterizat prin gradul de utilizare al perimetrului de distribuţie, λ 1.

2. Ecuaţia de mişcare a sertarului Pentru procesele lente, elementul de distribuție poate fi considerată un element

proporţional, caracterizat numai prin factorul de amplificare:

(4.3)

deci

(4.4) În procesele de reglare uzuale distribuitorul poate fi considerat un element de

întârziere de ordinul întâi:

(4.5)

sau

(4.6)

Rezultă ecuaţia diferenţială:

(4.7)

În această relaţie, TSV este constanta de timp a distribuitorului. În cazul proceselor rapide, distribuitorul trebuie asimilat cu un element de întârziere de ordinul al doilea:

(4.8)

PsignxpxAcpxQ S

dSV

,

SQxSV pPsignxxKPxQ /1,

/SsdQx pdcK

0

x

xi i

xK

iKx xi

1

sT

K

si

sx

SV

xi

siKsxssxT xiSV

tiKxdt

dxT xiSV

1/2/ 2

nn

xi

ss

K

si

sx

Page 18: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

17

unde este pulsaţia naturală iar ξ - factorul de amortizare. 3. Ecuaţia traductorului de poziţie

(4.9) unde KT este constanta traductorului, [V/m], iar y - deplasarea pistonului cilindrului hidraulic faţă de poziţia neutră.

4. Ecuaţia comparatorului electronic Comparatorul calculează şi prelucrează diferenţa dintre semnalul de referinţă

(prescrierea) U0 şi semnalul furnizat de traductorul de poziţie, UT:

(4.10)

unde ε este eroarea de reglare. 5. Ecuaţia generatorului de curent al servocontrolerului. În cazul utilizării unui amplificator de eroare proporţional, generatorul de curent al

servocontrolerului poate fi asimilat cu un element proporţional, deoarece este mult mai rapid decât toate celelalte elemente ale sistemului:

(4.11)

unde Kie [A/V] este factorul de conversie, care include şi constanta amplificatorului de eroare. 6. Ecuaţia de continuitate a subsistemului distribuitor-cilindru hidraulic

(4.12)

unde Ap este aria pistonului; Kl - coeficientul de scurgeri între camerele cilindrului hidraulic; Rh - rigiditatea hidraulică a cilindrului hidraulic cu dublu efect,

(4.13)

În această relaţie este modulul de elasticitate echivalent al lichidului, iar Vt este volumul total de lichid din cilindrul hidraulic şi racordurile acestuia. În calculul coeficientului de scurgeri se poate considera mişcarea laminară printr-o fantă inelară, situată la diametrul mediu al pistonului, dp , având lungimea lp:

(4.14)

unde j este jocul radial mediu al pistonului. 7. Ecuaţia de mişcare a pistonului cilindrului hidraulic Forţa de presiune Fp trebuie să învingă forţa elastică, Fe , forţa de amortizare Fa , forţa

de frecare, Ff şi forţa de inerţie :

(4.15)

unde

(4.16) (4.17) (4.18)

Pentru forţa de frecare dintre piston şi cilindru se consideră o componentă statică, Ffs şi una vâscoasă, Ffv [66]:

(4.19)

n

yKU TT

TUU 0

ieKi

PR

APKyAQ

h

plpSV

2

2

V2 p

t

eh AR

e

p

pl l

jdK

12

3

feapc FFFFym

PAF pp

vKF fa

eeeeee yyKyyKKF 0021 22

ysignFF fsfs 0

Page 19: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

18

4.2. Caracteristicile mediului de simulare numerică AMESIM Advanced Modeling Environment for performing SIMulations of engineering systems

(AMESim) este un software destinat simulării sistemelor dinamice complexe, care pune accentul pe modelele fizice ale componentelor definite de utilizator, dar conține și o gamă largă de dispozitive de uz general predefinite [60,61,62,63,82,92,101]. AMESim permite simularea multi-domeniu, fiind definit uzual ca un program de simulare 1D, în contrast cu simularea geometrică ce se consideră a fi 3D. Modelarea poate fi făcută la nivel de detaliu, pornind de la componentele de bază ale oricărui sistem, ceea ce permite optimizarea specifică a funcționării. Bibliotecile acoperă numeroase modelele de componente fizice. În figura (fig.4.2) se prezintă bibloteca de componente hidraulice uzuale.

Figura 4.2. Biblioteca de componente hidraulice AMESim Ca orice limbaj de modelare şi simulare, AMESim acceptă sisteme de ecuaţii ce

definesc comportarea dinamică a sistemelor inginereşti implementate sub formă de coduri numerice denumite „modele ale sistemului”. Un model este construit din ecuaţii şi din descrierile numerice ale tuturor componentelor sistemului. Acestea sunt considerate submodele şi sunt definite în număr mare în cadrul bibliotecilor limbajului.

4.3. Simularea numerică a servomecanismelor electrohidraulice de mare putere Servomecanismele electrohidraulice sunt sisteme automate de reglare a poziției,

vitezei, accelerației sau forței ale cărore componente pot fi structurate în două subsisteme de bază: un subsistem hidraulic, de acționare și un subsistem electronic, de comandă. Schema de principiu a unui servomecanism electrohidraulic cu reacție electrică este prezentată în figura 4.4. Parametrii elementelor rețelei de simulare sunt următorii: cilindrul hidraulic: diametrul pistonului: 200 mm, diametrul tijei: 150 mm, cursa: 700 mm; distribuitorul proporţional: bietajat, liniar, DN 25; sarcina inerțială: 5000 kg; presiunea sursei de ulei: 200 bar; capacitatea pompei: 200cm3/rot, turația motorului pompei:1450 rot/min; parametrii amplificatorului de eroare PID: Kp=1, Ki=0, Kd=0. Pentru servomecanismul analizat s-au determinat caracteristica de regim staționar (figura 4.5); răspunsul sistemului la un semnal treaptă (figura 4.6, figura 4.7); evoluția erorii de reglare a servomecanismului la un semnal treaptă (figura 4.8); evoluția presiunii în camera A a motorului hidraulic liniar în cursul regimului tranzitoriu generat de un semnal traptă aplicat la intrare (figura 4.9); evoluția presiunii în camera B a motorului hidraulic liniar în cursul regimului tranzitoriu generat de un semnal traptă aplicat la intrare (figura 4.10); răspunsul sistemului la semnale sinusoidale pentru diferite frecvenţe (fig. 4.11, 4.12, 4.13 ); influenţa coeficientului Kp asupra răspunsului sistemului la semnal treaptă nominal (figura 4.14); evoluția semnalului de eroare în condițiile menționate (figura 4.15).

Page 20: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

19

Figura 4.4. Rețeaua de simulare numerică a servomecanismului cu reacţie de poziţie

Figura 4.7. Răspunsul sistemului la un

semnal de tip treaptă

Figura 4.8. Evoluția semnalului de eroare pentru un semnal de tip treaptă

Figura 4.9. Evoluția presiunii în camera A a motorului hidraulic liniar

Figura 4.10. Evoluția presiunii în camera B a motorului hidraulic liniar

Figura 4.11. Răspunsul sistemului la un semnal sinusoidal de 0,015 Hz

Figura 4.12. Răspunsul sistemului la un semnal sinusoidal de 0,025 Hz

Page 21: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

20

Figura 4.14. Influența coeficientului Kp (1, 3, 6, 8) asupra răspunsului servomecanismului la un

semnal traptă nominal (10V)

Figura 4.15. Evoluția semnalului de eroare în funcţie de valoarea coeficientului KP

(1,3,6,8)

4.4. Stabilitatea servomecanismelor electrohidraulice de mare putere Cel mai important punct de funcționare al distribuitorului este nulul hidraulic.

Mărimea gradientului de debit în acest punct condiţionează comportarea hidroagregatului în cursul participării acestuia la reglarea frecvenţei în sistemul energetic naţional. Stabilitatea servomecanismului este critică în jurul zonei în care gradientul de arie își modifică valoarea, adică în zona în care se face tranziția de la ferestrele dreptunghiulare la cele circulare.

Una din mărimile care influenţează decisiv comportarea dinamică a unui servomecanism este rigiditatea hidraulică (figura 4.16), care intervine atât în calculul pulsației naturale, cât și a factorului de amortizare. Prin definiţie [12,13,15,35,41], rigiditatea hidraulică a lichidului dintr-un cilindru hidraulic cu simplu efect este raportul:

2h p

FR A

z V

În cazul unui cilindru hidraulic cu dublu efect şi tijă bilaterală, cele două coloane cilindrice de lichid pot fi asimilate cu două resoarte ale căror rigidităţi se calculează cu relaţia:

2h1 p

1

R AV

(4.20)

În cazul unui cilindru hidraulic cu dublu effect, rigiditatea hidraulică variază cu poziţia pistonului. Ţinând seama de notaţiile efectuate rezultă:

LL

hVLA

A

VLA

AR

2

1

2

12

2

1

2

(4.21)

Figura 4.17. Variația rigidității hidraulice în funcție de poziția pistonului

Page 22: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

21

Din ultima relaţie rezultă variaţia rigidităţii hidraulice în funcţie de cursa pistonului cilindrului hidraulic (figura 4.17). Se constată că în studiul stabilităţii unui servomecanism hidraulic ale cărui oscilaţii se produc în jurul poziţiei neutre a pistonului, rigiditatea hidraulică poate fi considerată practic constantă. Funcţia de transfer a căii directe are forma clasică:

012

23

3

0

)(

)(

asasasa

b

s

sz

(4.22)

în care

p

Qx

A

Kb 0 ;

hR

ma 3 ;

22

p

P

A

Kma ; 11 a ; 00 a (4.23)

Conform criteriului Routh-Hurwitz, sistemul este stabil dacă sunt îndeplinite simultan următoarele condiţii :

03213210 si 0 ; 0 ; 0 ; 0 aaaaaaaa (4.24)

Cu notaţiile

m

Rhh - pulsaţia naturală hidraulică, (4.25)

h2p

P mRA2

K - factorul de amortizare, (4.26)

p

Qxv A

KK

- factorul de amplificare în viteză, (4.27)

funcţia de transfer a căii directe are forma:

1s

2ss

K

zy

zsH

h2h

2v

(4.28)

Funcţia de transfer a servomecanismului are forma clasică:

2

hv2h

22h

3

2hv

0 Kss2s

K

sy

szsH

(4.29)

Pentru analiza sistemului se utilizează criteriul de stabilitate Routh-Hurwitz corespunzător funcţiilor de transfer al căror numitor este de gradul al treilea, precum și criteriul Nyquist (figura 4.18). Pentru analiza comparativă a rezultatelor sistemului s-a realizat o rețea de simulare cu ajutorul limbajului MATLAB. Vizualizarea simultană a rezultatelor obținute în cadrul procesului de simulare pentru diverse valori alese ale parametrilor de interes se realizează prin execuția în linia de comanda a programului Matlab a fisierelor batchI.m si batchPID.m. (figurile 4.19, 4.20, 4.21). Aceste fișiere conțin comenzile necesare modificării coeficienților compensatorului, rularea toolbox-ului Simulink și generarea graficelor de interes. Se constată că setul optim de parametrii este format din: Kp=1, KI=0.5 și

Page 23: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

22

KD=0.5. Analiza întreprinsă pe modelul liniar are caracter preliminar, dar permite preacordarea compensatorului de eroare cu o precizie suficientă pentru scopuri practice.

Figura 4.18. Diagrama Nyquist pentru servomecanismul analizat

Figura 4.19. Diagrama Bode a servomecanismului analizat

Figura 4.21. Influența coeficienților P, I, D asupra poziției tijei motorului hidraulic liniar

       5. Arhitecturi moderne de regulatoare automate de viteză pentru hidroagregate În acest capitol se analizează câteva elemente structurale și funcționale moderne ale regulatoarelor automate de viteză pentru turbinele hidraulice incluse în documente cu valoare de standarde internaționale ale Comitetului Electrotehnic International precum Guide to specification of hydraulic turbine control systems (61362 © IEC:1998) și Hydroelectric power plant automation - guide for computer-based control (62270 IEC:2004 E). Un alt document important pentru definirea sarcinilor sistemelor de reglare a vitezei și puterii hidroagregatelor în context european este UCTE Operation Handbook, elaborat de Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity.

Page 24: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

23

5.1 Problematica reglării automate a vitezei de rotaţie a hidroagregatelor Reglarea vitezei de rotaţie a hidroagregatelor are ca obiectiv realizarea egalității dintre puterea turbinei şi cea a generatorului, menţinând variaţiile de viteză şi implicit de frecvenţă într-o plajă admisă de valori indiferent de perturbaţiile care acţionează asupra sistemului [1, 5, 9, 20, 31, 32, 36, 38...46,123]. Din ecuaţia dinamicii hidroagregatelor,

GT MMdt

dJ

(5.1)

în care J reprezintă momentul total de inerţie al părţilor rotative, MT este cuplul rezistent la arborele turbinei, MG reprezintă cuplul rezistent la acelaşi arbore corespunzător curentului debitat de generator, adică de către sarcina electrică a hidroagregatului, este viteza unghiulară de rotaţie a arborelui hidroagregatului; rezultă că pentru menținerea constantă a vitezei de rotaţie ( = ct.) este necesar să fie îndeplinită permanent condiţia de egalitate a celor două cupluri:

GT MM (5.2)

deoarece numai în acest caz acceleraţia sistemului este zero.

0

dt

d (5.3)

În timpul funcţionării hidroagregatului mărimile MT şi MG pot avea variaţii în limite largi, fie datorită modificării înălţimii de cădere H, fie ca urmare a modificării cerinţelor de energie electrică din partea consumatorilor. Prin urmare menţinerea egalităţii (5.2) în orice condiţii de funcţionare, constituie sarcina fundamentală a sistemelor de reglare automată a vitezei de rotaţie, exercitată prin intermediul modificării debitului de apă turbinat. Deoarece viteza trebuie menţinută constantă indiferent de variaţia puterii consumate, materializată prin variaţia momentului rezistent MG, rezultă că mărimea de ieşire din sistemul de reglare este chiar viteza unghiulară.

Figura 5.1. Schema funcţională a unui hidroagregat prevăzut cu regulator de viteză

Dacă se notează cu HRAV(s) funcţia de transfer a regulatorului de viteză atunci mărimea de ieşire din sistem poate fi exprimată în funcţie de cele două mărimi de intrare cu relaţia:

sPH

Ss

H

Hs

sRAV

orefs

RAV

sRAV

)()(

)(

1)(

1 (5.5)

În regim staţionar viteza de rotaţie se obţine aplicând teorema valorii finale, rezultând valoarea:

Page 25: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

24

00

00

0

0

11P

H

S

H

H

RAVref

RAV

RAV

(5.6)

Această relaţie constituie ecuaţia caracteristicii statice de reglare şi este dependentă de tipul regulatorului folosit. Astfel, în cazul utilizării unor regulatoare de viteză de tip proporţional

RSRAV KH (5.7)

se obţine

PSg (5.8)

unde:

001 refref

R

Rg K

K

(5.9)

reprezintă turaţia de mers în gol a sistemului cu regulator de viteză, iar

00

1S

K

SS

R

(5.10)

reprezintă statismul artificial al grupului creat cu ajutorul regulatorului automat de viteză. Se observă că prin alegerea corespunzătoare a factorului de amplificare KR al regulatorului se poate dimensiona corespunzător şi statismul grupului. Dacă regulatorul automat de viteză este de tip proporţionalintegral, având funcţia de transfer

i

RRAV TsKsH

11 (5.11)

se obţine pentru ecuaţia caracteristicii statice de reglare relaţia:

grefref P 0 (5.12)

În acest caz frecvenţa sistemului va fi constantă indiferent de puterea generată S 0

până la limita puterii maxime a generatorului sincron. Cele două posibilităţi de alegere a regulatorului automat de viteză corespund situaţiilor fundamentale de reglare şi anume reglarea grupurilor care funcţionează interconectat 0S , adică reglarea statică şi reglarea

grupurilor care funcţionează izolat 0S , adică reglarea astatică.

5.2. Structura regulatoarelor automate de viteză electrohidraulice ale hidroagregatelor În conducerea unei turbinei hidraulice, se disting următoarele funcţii de control: controlul vitezei; controlul puterii la ieşire; controlul nivelului; controlul deschiderii organului de reglare a debitului. La unele sisteme pot fi prezente şi combinaţii ale acestor funcţii de control. Scopul reglării vitezei este, în principiu, menţinerea unei frecvenţe constante. Scopul controlului nivelului, debitului sau deschiderii este de a menţine constant nivelul, debitul sau deschiderea sau de a obșliga aceste mărimi să urmărească un semnal de comandă. În cazul sistemelor combinate, fiecare funcţie de control poate fi atribuită unui controler separat. Totuşi, controlerele comandă acelaşi servocilindru pentru controlul poziţiei principale prin

Page 26: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

25

valoarea referinţei de deschidere. Astfel, o comutare lină între moduri necesită o atenţie specială. În cazul unor controlere separate, parametrii vor fi setaţi conform buclei de control aferente. Controlul nivelului şi al puterii la ieşire este deseori incompatibil cu menţinerea vitezei într-o reţea izolată. Regulatorul de viteză rămâne mereu în funcţiune din motive de siguranţă, pentru preluarea unei reduceri de sarcină. Două regulatoare sunt dispuse în paralel şi acţionează unul sau mai mulți servocilindrii pentru controlul poziţiei prin intermediul unui selector sau al unui punct de însumare. Dacă se aplică un selector, acesta include deseori o funcţie max./min. pentru bucla de control al vitezei ce va prevala în cazul rejectării unei sarcini. Dacă se introduce un punct de însumare, comutarea semnalelor este evitată, dar regulatorul puterii de ieşire influenţează suplimentar controlul vitezei şi va fi setat pentru a asigura stabilitatea. Configurarea sistemului de reglare conform figurii 5.2 se utilizează deseori în centrale electrice de vârf.

Figura 5.2. Sistem de control cu regulator de viteză şi regulator

al puterii de ieşire în paralel

În cazul unor sisteme de reglare complexe precum cele specifice turbinelor axiale cu aparat director reglabil şi rotor cu palete reglabile, pot fi distinse structuri în paralel și în serie. Relaţia funcţională (uzual neliniară) dintre subsisteme poate fi definită printr-un generator de funcţii. Deseori, această relație este parametrizată de o mărime suplimentară precum căderea netă a turbinei. În cazul în care există mai mult de două elemente de control al poziției se aplică numai controlul paralel (figura 5.9).

Figura 5.9. Structură de control în paralel cu o relaţie funcţională ce depinde

de un parametru suplimentar În figura 5.9 s este semnalul de ieşire al regulatorului; y1 - semnalul de ieşire al servomotorului pentru controlul primului organ de reglare; y2 - semnalul de ieşire al servomotorului pentru controlul celuilalt organ de reglare; ca - semnalul ce se suprapune peste semnalul de intrare al servomotorului celui de al doilea organ de reglare. Structura în serie este prezentată în figura 5.10. 5.3. Evaluarea structurii compensatoarelor de eroare ale regulatoarelor automate de viteză electrohidraulice În acest subcapitol se evaluează succint performanţele compensatoarelor sistemelor de reglare automată adecvate turbinelor hidraulice [1...4,10,11,14,16,17]. Performanţele statice și dinamice ale unui regulator depind mult de caracteristicile sistemului controlat, astfel că documentația aferentă diferitelor tipuri de regulatoare oferă informații utile cu privire la modelarea şi la simularea numerică a întregului sistem automat. Totodată, se oferă recomandări privind intervalele de setare optimă a parametrilor compensatoarelor de eroare de

Page 27: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

26

tip PID [25]. În cazuri speciale, precum turbinele Francis de mare cădere, se pot utiliza metode de control evoluate pentru a mări stabilitatea reglajului și a reduce durata regimului tranzitoriu față de cazul utilizării unui compensator PID standard. Cea mai avansată tehnologie de control este bazată pe cipurile de silicon reprogramabile FPGA, principalele avantaje ale tehnologiei FPGA fiind îmbunătățirea vitezei, a robusteței și a flexibilității sistemului. 6. Modelarea matematică și simularea numerică a comportării statice și dinamice a RAV ale hidroagregatelor axiale Acest capitol este dedicat modelării matematice, simularii numerice și simularii în timp real a comportarii statice și dinamice a regulatoarelor automate de viteză ale hidroagregatelor axiale cu dublu reglaj. 6.1. Definirea parametrilor funcționali ai hidroagregatelor Turbinele hidraulice prelucrează energia de presiune și cinetică a apei. Prima clasificare funcțională împarte turbinele hidraulice în două tipuri: cu reacţiune şi cu impuls, diferenţa constând în metoda de conversie a energiei apei. În cazul turbinelor cu reacţiune apa umple spaţiul interpaletar şi sarcina se transformă în diferenţă de presiune în rotor. Acestea pot fi: radiale, axiale sau radial-axiale. În cazul turbinelor cu acţiune, sarcina hidraulică este întâi transformată, prin intermediul unui ajutaj, în jeturi de mare viteză care lovesc cupele pe rând, atunci când acestea trec prin dreptul ajutajelor. Definirea căderii pentru diferite tipuri de turbine se face diferențiat:

- turbina Kaplan: g

vvzz

g

vvzz

g

ppH ei

eiei

eiei

22

22**

22

(6.5)

- turbina Francis: g

vv

g

pzazH eiimeii 2

22*

, (6.6)

- turbina Pelton cu un injector: g

v

g

pzazH iimeii 2

2

, (6.7)

- turbina Pelton cu două injectoare

g

v

g

pzaz

QQ

Qzaz

QQ

QH iim

eIIiiIII

IIeIii

III

I

2

2

, (6.8)

unde pmi reprezintă presiunea manometrică, respectiv indicaţia manometrului în punctul i. Puterea hidraulică sau puterea absorbită de turbină este definită prin relația clasică, gQHPh , iar randamentul reprezintă raportul dintre puterea mecanică furnizată de turbină

şi puterea hidaulică absorbită de aceasta. Pierderile sunt definite prin randamentul turbinei:

gQH

P

(6.9)

unde P reprezintă puterea utilă obţinută la arborele turbinei. Înălţimea geometrică de aspiraţie este definită ca diferenţa pe verticală dintre un plan

de referinţă al turbinei (planul mijlociu al aparatului director sau planul care trece prin axa palelor rotorului turbinei Kaplan) şi nivelul apei din aval. Această cotă poate fi pozitivă sau negativă, după cum rotorul este dispus deasupra nivelului apei din aval sau sub acest nivel. Coeficientul de cavitaţie se exprimă sub forma

H

HAA st , (6.10)

unde A este presiunea atmosferică, exprimată în mH2O, g

pA v

t = presiunea de vaporizare a

Page 28: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

27

apei la temperatura de trecere prin turbină. Prin specificarea acestui coeficient se poate determina înălţimea maximă de aspiraţie, respectiv condiţiile de amplasare ale turbinei:

HAAH tadmiss (6.11)

Principalele tipuri de turbine hidraulice sunt: Kaplan (figura 6.1), Francis şi Pelton. Din acestea au derivat turbinele Bulb (figura 6.7), care sunt de fapt turbine Kaplan fără cameră spirală, precum şi turbinele Deriaz-Kviatkovski, care sunt turbine Francis reversibile cu pale rotorice reglabile.

Figura 6.1. Turbină Kaplan (document VOITH)

Figura 6.7. Secțiune parțială printr-un hidroagregat Bulb (document ALSTOM)

Avantajul principal al turbinei Bulb constă în faptul că investiţiile totale se reduc cu 15% – 25% faţă de turbina Kaplan. Bulbul turbinei poate fi amplasat în aval sau în amonte de rotor. 6.2 Modelarea matematică a hidroagregatelor axiale cu dublu reglaj

Studiul stabilităţii sistemelor hidraulice ce au în componenţa lor o turbină şi o conductă forțată se face plecând de la următoarele considerente de simplificare a calculului: rezistenţa hidraulică este neglijabilă; conducta forţată nu are un caracter elastic iar apa este incompresibilă; viteza de curgere a apei este proporţională cu deschiderea aparatului director şi cu rădăcina pătrată a căderii nete ; puterea turbinei este proporţională cu produsul dintre cădere şi debitul de apă turbinat [18...23,26...30]. Comportarea dinamică a sistemului format din turbină şi conducta forţată este determinată de: viteza apei din conducta forţată; puterea mecanică a turbinei; acceleraţia coloanei de apă. Viteza apei din conducta forţată este dată de relația:

HGK=U u (6.12)

unde U - viteza apei; G - poziţia palelor aparatului director; H - căderea hidraulică măsurată la axele palelor rotorice; Ku = constantă de proporţionalitate. Pentru micile variaţii în jurul unui punct de funcţionare,

ΔGG

U+ΔH

H

U=ΔU

(6.13)

Dacă ţinem seama de relația 000 HGK=U u rezultă:

000 2H G

ΔG+

ΔH=

U

ΔU (6.14)

Prin normalizare rezultă:

Page 29: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

28

GΔ+HΔ=UΔ2

1 (6.15)

Puterea mecanică a turbinei este dată de relația: HUK=P pm (6.16)

Dacă se liniarizează relația anterioară ţinând seama de micile variaţii în jurul unui punct

de funcţionare şi de faptul că în regim staționar 000 UH=KP pm rezultă:

00 U

ΔU+

H

ΔH=

P

ΔP

m0

m (6.17)

sau: UΔ+HΔ=PΔ m (6.18)

Înlocuind termenii UΔ și ΔH obţinem:

GΔ+H=PΔ m 1.5Δ

GU=PΔ m 2Δ3Δ

Acceleraţia coloanei de apă poate fi exprimată sub forma:

ΔHρaA=dt

dΔΔρLA g (6.19)

unde: L - lungimea conductei; A - aria secţiunii conductei; - densitatea apei; g - acceleraţia

gravitatională; LA - masa de apă din conductă ; gH - variaţia presiunii la nivelul palelor aparatului director . Relația 6.19 devine

000 H

ΔH=

U

ΔU

dt

d

gH

LU0

(6.20)

sau:

HΔ=dt

UdΔTw (6.21)

unde:

0gH

LU=T 0

w (6.22)

Mărimea Tw reprezintă constanta de timp de pornire a apei şi indică perioada de timp necesară atingerii vitezei U0 la o cădere H0 de către coloana de apă. Relaţia dintre variaţia vitezei şi variaţia poziţiei palelor aparatului director este :

)UΔG(Δ=dt

UdΔTw 2 (6.23)

Dacă se înlocuieşte d/dt cu operatorul Laplace s, rezultă

Page 30: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

29

)UΔG(Δ=UsΔTw 2 (6.24)

sau

GΔsT+

=UΔ

w2

11

1

(6.25)

Funcţia de transfer pentru modelul ideal al turbinei:

s+

sT=

PΔ=H(s)

w

wm

0.5T1

1 (6.26)

O aproximare mai realistă a modelului se poate obţine dacă se consideră perturbaţiile: GΔa+ωΔa+HΔa=UΔ 131211 (6.27)

GΔa+ωΔa+HΔa=PΔ m 232221 (6.28)

sTa+

s)Taa(a+a=

PΔ=H(s)

w

wm

11

23131123 1

/1 (6.29)

Ecuaţia de mişcare capătă forma:

gmam

gma

TT=T=dt

dωJ

TT=T

(6.30)

Rezultă succesiv:

base

m

VA

Jω=H

20

2

1 (6.31)

basem

VAω

=J2

0

2H (6.32)

emm

basem

TT=dt

dωVA

ω

20

2H (6.33)

0m0m /2H

ωVA

TT=

ω

ω

dt

d

base

emm

(6.34)

0m/ ωVA=T basebase (6.35)

emr TT=

dt

ωd2H (6.36)

000m /

/

ω

ω=

pω=

ω

ω=ω r

f

frmr (6.37)

În aceste ecuații, r este viteza unghiulară (rad/s) și 0 - valoarea nominală a vitezei unghiulare. Celelalte mărimi se calculează cu relațiile

Page 31: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

30

ar T=

dt

ωd

2H

1 (6.38)

t

ar dtT=ω0

2H

1 (6.39)

în care MT este constanta de timp mecanică a generatorului. Dacă se consideră 1=ωr și

1=Ta , la pornire rezultă:

2H1

2H

11

0

MMT

T=dt=

MT =2H

(6.40)

rDemr ωΔKTT=

dt

ωdΔ

2H

1 (6.41)

DMw

w

K+sT

k

s+

sT=

ΔG

Δω=P(s)

0.5T1

1 (6.42)

S-au introdus următoarele notații finale: Tw - constanta de timp a accelerării apei; kω - coeficientul de transfer al procesului; TM - constanta de timp mecanică a generatorului (dependentă de inerţia rotorului) ; KD - Factorul de autoreglare al reţelei (0 < KD < 1). 6.3. Simularea numerică a hidroagregatelor axiale cu dublu reglaj Pentru studiul simulării funcționării unui hidroagregat a fost elaborată rețeaua de simulare a acestuia în mediul AMESim (figura 6.8) incluzând modelele următoarelor subsisteme: turbina, servomecanismele electrohidraulice și compensatorul numeric RAV.

Figura 6.8. Rețeaua de simulare numerică a hidroagregatului (AMESim)

Pentru simularea dinamicii turbinei cuplate cu generatorul sincron s-a utilizat un model de electromotor a cărui viteză este reglată cu ajutorul unui convertizor de frecvență. Comportarea dinamică a acestui subsistem poate modificată în limite largi cu ajutorul coeficienților regulatorului de viteză pe care îl include (figura 6.9). Prin rularea modelului de simulare s-au obținut variațiile în timp ale principalelor mărimi de interes din proces (figura 6.10 și figura 6.11). Simulările numerice indică o comportare dinamică foarte apropiată de cea determinată

Page 32: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

31

experimental, prin identificări sistematice la CHE Rm.VÂlcea [115, 116, 117, 118, 119]. Lansarea liberă a turbinei până la frecvența de 40-45 Hz, cu deschiderea prealabilă a rotorului turbinei KAPLAN, prezintă avantajul scurtării regimului tranzitoriu de sincronizare cu rețeaua, mai ales în cazul introducerii lagărelor axiale hidrostatice.

a) Modelul convertizorului de frecvență

b) Modelul RAV

Figura 6.9. Submodele de simulare numerică: a) modelul convertizorului de frecvență; b) modelul RAV

Figura 6.10. Variația în timp a vitezei turbinei (frecvenței generatorului) la pornirea hidroagregatului cu intrare în modul PI la f=40 Hz

Figura 6.11. Variația în timp a deschiderii aparatului director la pornirea hidroagregatului

6.4. Simularea în timp real a RAV ale hidroagregatelor axiale cu dublu reglaj

Page 33: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

32

Simularea în timp real a sistemelor este foarte utilă în elaborarea aplicațiilor complexe, caracterizate prin fenomene descrise de modele matematice incomplete sau cu grad mare de incertitudine. Beneficiind de metodele moderne de identificare a proceselor și de performanțele sistemelor de calcul numerice, proiectanții pot scurta perioada de dezvoltare a aplicațiilor în diverse domenii prin generarea unei soluții mai apropiate de realitate încă din faza de proiectare utilizând procedeul numit simulare în timp real [22,23,24].

Pentru experimentele de simulare în timp real s-a utilizat un sistem ce cuprinde: un controler de proces din familia CompactRIO de la NI, o interfață de conexiuni SCC 68 și un sistem numeric de calcul PXI de la același producător (figura 6.12). Controlerul (RAV CRIO) comunică cu unitatea de calcul utilizată pentru simularea în timp real a procesului prin intermediul interfețelor de achiziție NI 6251 pentru PXI, respectiv NI 9215 și NI 9263 pentru CRIO. Calculatorul de proces trimite modelului comanda impusă servomecanismelor aparatului director și rotorului și achiziționează de la acesta semnalul corespunzător vitezei realizate de hidroagregat. Utilizând aceasta mărime împreună cu semnalul de comandă impus (referința de viteză) RAV calculează comanda necesară pentru corectarea abaterii față de mărimea de referință.

Figura 6.12. Sistemul de simulare în timp real al RAV al Laboratorului de A.H.P. din U.P.B.

Rezultatele obținute în urma procedurii de simulare în timp real cu modulul Real-Time Windows Target version 4.0.0 din MATLAB sunt prezentate după cum urmează: în figura 6.13 - variația în timp a turației la pornirea hidroagregatului; în figura 6.14 - evoluția în timp a deschiderii aparatului director la pornirea hidroagregatului. Ambele curbe corespund rezultatelor cercetărilor experimentale întreprinse de colectivul laboratorului de A.H.P. pe regulatoarele de conceție proprie instalate la C.H.E. Rm.Vâlcea [115].

Figura 6.13. Variația frecvenței (vitezei) la pornirea hidroagregatului

Figura 6.14. Evoluția deschiderii aparatului director la pornirea hidroagregatului

7. Identificarea experimentală a sistemelor de reglare automată moderne a vitezei turbinelor axiale

În capitolul 7 este prezentată identificarea experimentală a servomecanismului electrohidraulic al aparatului director și a întregului sistem de reglare automată a vitezei turbinelor axiale, utilizând în acest scop instrumente evoluate și experiența colectivului în care a elaborat teza. 7.1. Metode de identificare a sistemelor automate hidraulice

Page 34: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

33

Identificarea urmărește stabilirea caracteristicilor statice și dinamice ale proceselor. Prin identificare se înțelege procedura de determinare a modelului matematic al unui sistem pe baza unei intrări și a unei ieșiri, în cazul sistemelor SISO (single input - single output), astfel încît acesta să fie echivalent, într-un anume sens, cu sistemul testat [22, 23, 33, 34]. 7.2. Identificarea experimentală a servomecanismului electrohidraulic al aparatului director Acţionarea aparatului director se realizează uzual cu un servomecanism electrohidraulic de poziţionare liniară proiectat şi optimizat pentru a avea o comportare dinamică promptă şi bine amortizată, astfel că obiectivul identificării constă numai în determinarea parametrilor unei funcţii de transfer de ordinul I:

1+sT

K=

sΔx

sΔy=sH

m

mm (7.1)

Figura 7.1. Achiziționarea din fișiere ASCII a datelor de intrare utilizate în procesul de identificare pentru servomecanismul aparatului director

Aceasta este caracterizată de un factor de transfer unitar în unităţi relative (Km=1) şi de constanta de timp Tm [s]. Pentru identificarea sistemului analizat s-a utilizat modulul Ident din LabVIEW cu date prelevate din înregistrările realizate de colectivul Laboratorului de Acționări Hidraulice și Pneumatice la C.H.E. Rm. Vâlcea [118]. Rezultatele obținute sunt prezentate în figurile 7.1...7.6 și indică o identificare cu grad ridicat de încredere. 7.3. Identificarea experimentala a hidroagregatului axial cu dublu reglaj Modelul matematic al hidroagregatelor trebuie să fie de forma unei expresii analitice care explicitează dependenţa mărimilor de ieşire în funcţie de variaţiile mărimilor de intrare. Acest model se caracterizează printr-o anumită formă analitică şi prin valorile coeficienţilor care intervin în expresia respectivă, în strânsă dependenţă de parametrii fizici ai hidroagregatelor. Problema identificărilor prezintă două aspecte de bază: evaluarea parametrilor atunci când se cunoaşte expresia analitică a modelului matematic, dar nu se cunosc valorile coeficienţilor care intervin; identificarea totală atunci când informaţia este insuficientă pentru a permite o reprezentare matematică adecvată.

Page 35: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

34

Figura 7.2. Secvența LabVIEW Ident de selecție a datelor

Figura 7.3. Coeficienții modelului identificat de modulul LabVIEW Ident (SM - AD)

Figura 7.4. Răspunsul în timp al modelului identificat (SM - AD)

Figura 7.5. Răspunsul în frecvență al modelului identificat pentru servomecanismul AD

Se consideră următorul model liniar clasic al sistemului de reglare a vitezei unghiulare a hidroagregatului [20]:

DM

w

w

wK+sT

k

s+

sT=

Δy

Δω=P(s)

0.5T1

1 (7.2)

în care Tw - constanta de timp de accelerare a apei în sistemul de alimentare al turbinei; kw - coeficientul de transfer al procesului; TM - constanta de timp mecanică a generatorului; KD - factorul de amortizare al reţelei (0 < KD < 1). Valorile extreme ale factorului de amortizare al rețelei sunt: a) KD = 0 pentru sistemul care alimentează sarcinile izolate; b) KD = 1 pentru sistemul cuplat la reţeaua de putere infinită. Identificarea pe baza datelor experimentale a parametrilor modelului matematic al hidroagregatului implică patru etape: achiziționarea datelor de intrare și ieşire; alegerea structurii modelului; estimarea parametrilor modelului; validarea modelului identificat (validarea structurii şi a valorilor parametrilor). Pentru identificarea sistemului analizat, instalat la C.H.E. Rm.Vâlcea, s-a utilizat modulul Ident din LabVIEW, iar rezultatele obținute sunt prezentate în figurile 7.7...7.10.

Page 36: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

35

Figura 7.7. Achiziționarea din fișiere ASCII a

datelor de intrare utilizate în procesul de identificare

Figura 7.8. Secvență de modul LabVIEW

Ident: selecția datelor utilizate pentru intrarea și ieșirea din model și modelul

matematic ales pentru identificare

Figura 7.9. Coeficienții modelului identificat cu modulul LabVIEW Ident

Figura 7.10. Răspunsul în timp al modelului identificat pentru un semnal treaptă

8. Concepția unui sistem de reglare numerică a vitezei hidroagregatelor axiale utilizând tehnologia fpga În acest capitol se prezintă concepția unui sistem original de reglare numerică a vitezei

hidroagregatelor axiale bazat pe tehnologia FPGA. Se stabilește soluția structurală optimă pentru subsistemul electrohidraulic și pentru subsistemul de conducere al procesului și se realizează sinteza compensatorului de eroare digital în tehnologia FPGA.

8.1. Stabilirea soluției optime pentru subsistemul electrohidraulic Cercetările originale întreprinse în cadrul tezei au avut ca principal obiectiv validarea tehnologiei de reglare bazată pe circuite FPGA (Field Programmable Gate Array). Cercetările au fost efectuate pe un stand specializat realizat în Laboratorul pentru Certificarea Performanțelor Echipamentelor Hidraulice Proporționale (LEHP) al Universității POLITEHNICA din București care funcționează în cadrul Departamentului de Hidraulică, Mașini Hidraulice și Ingineria Mediului. Principalul obiectiv al cercetărilor îl constituie înlocuirea unității numerice de calcul ADWIN utilizată la C.H.E. Rm. Vâlcea cu un sistem cRIO produs în serie mare de corporația NATIONAL INSTRUMENTS. În figura 8.1 se

Page 37: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

36

prezintă o vedere de ansamblu a standului. Acesta este format din trei module: grupul de alimentare cu ulei sub presiune, grupul de servocilindrii electrohidraulici și panoul de comandă electronic [115, 117, 126, 129, 133].

Figura 8.1. Vedere de ansamblu a standului pentru încercarea

regulatoarelor de viteză ale turbinelor hidraulice

Figura 8.5. Schema de principiu a standului de încercare (include schema unui singur servocilindru)

Page 38: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

37

Amplasarea componentelor în cadrul standului este esențială pentru calitatea încercărilor dinamice ale servocilindrilor deoarece compresibilitatea uleiului poate afecta în mare măsură rezultatele. De aceea, s-a preferat montarea distribuitoarelor proporționale între servocilindri, minimizând volumul de ulei aflat între acumulatorul hidropneumatic de mare capacitate al standului și distribuitoarele proporționale bietajate ce comandă cei doi servocilindri (figura 8.3 și 8.4). Schema întregului stand este prezentată în figura 8.5.

8.2. Stabilirea soluției optime pentru subsistemul de conducere a procesului În cadrul colaborării permanente cu reprezentanța din România a corporației NATIONAL INSTRUMENTS, autorul a elaborat schema de principiu a unui RAV realizat cu tehnologia FPGA prezentată în figura 8.6.

Figura 8.6. Schema de principiu a unui RAV realizat cu tehnologia FPGA În scopul dezvoltării unui sistem numeric de reglare a turației pentru procesele din domeniul hidroenergetic se pot identifica următoarele avantaje obținute în urma utilizării unităților de calcul cu circuite FPGA: cost redus comparativ cu soluțiile existente; performanțe digitale cel puțin comparabile; îmbunătățirea fiabilității sistemului datorită redundanței canalelor de măsură a parametrilor tehnologici critici din proces, redundanței nucleului de calcul (prin executarea în paralel a mai multor nuclee în funcție de mărimea matricei de porți logice a circuitului) și crearea unui nucleu de supraveghere a unității de calcul; posibilitatea de a utiliza două unități de calcul (pentru sistemele cRIO): circuitul FPGA și un procesor Intel; spre exemplu, controlerul NI cRIO-9082 are un procesor Intel Core I7 la 1.33GHz Dual Core, 2GB DDR3 și un cip FPGA din familia Spartan 6 LX150 de la Xilinx. Implementarea algoritmului de conducere în unitățile de calcul numeric de tip cRIO de la NI se poate face la nivelul componentei x86 de calcul secvențial sau la nivelul componentei FPGA. Ambele variante sunt posibile, autorul alegând, așa cum se va vedea în capitolul următor, o soluție hibridă de implementare a algoritmului de conducere în controlerul cRIO.

8.3. Sinteza compensatorului RAV în tehnologia FPGA prin metoda LANDAU Compensatoarele utilizate pentru realizarea RAV în domeniul hidroenergetic au la bază structuri de tip PID. De regulă, din structura acestora se utilizează doar componentele

Page 39: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

38

PI. Regulatorul PID analizat rezultă din discretizarea unui regulator PID continuu cu acţiunile P, I şi D independente (în paralel). Se consideră funcţia de transfer a regulatorului continuu [22,23]:

sN

TsT

sTKsH

d

d

iPID

1

11)( (8.1)

Parametrii regulatorului continuu sunt: K – factorul de amplificare; Ti – timpul de acţiune integrală; Td – timpul de acţiune derivativă; Td/N – filtrarea acţiunii derivative. Pentru discretizare se aproximează derivarea s prin (1-q-1)/Te şi integrarea, 1/s prin Te /(1-q-1). Rezultă:

(8.2)

Introducând aceste expresii în funcţia de transfer a regulatorului continuu se obţine:

1

1

11

11

1

)1(

1

11

)(

)()(

qNTT

T

qNTT

NT

qT

TK

qS

qRqH

ed

d

ed

e

i

ePID

(8.3)

Polinoamele R(q-1) și S(q-1) sunt de forma:

)1)(1()(

)(1

111

22

110

1

qsqqS

qrqrrqR

(8.4)

(8.5)

Dacă se consideră T(q-1)= R(q-1), schema bloc a compensatorului PID discret capătă forma din figura 8.7.

11

1

1

111

11

1

1

11

qN TT

TN TT

N T

qN T

Ts

N

T

qT

TsT

qT

T

sT

ed

d

ed

e

e

d

d

e

dd

i

e

i

)1(

121

1

12

11

10

1

NKsr

NT

TesKr

NsT

TKr

NTT

Ts

i

i

e

ed

d

Page 40: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

39

Figura 8.7. Schema bloc a compensatorului PID discret

Funcţia de transfer în buclă închisă devine:

(8.6)

Aici P(q-1) defineşte polii doriţi în bucla închisă (performanţele de reglare), iar B(q-1) R(q-1) defineşte zerourile în buclă închisă. Pentru determinarea parametrilor regulatorului numeric se parcurg următoarele etape: se determină procesul discretizat; se specifică performanţele; se determină coeficienţii polinoamelor R(q-1) și S(q-1). Performanţele dorite ale sistemului în buclă închisă pot fi exprimate ca parametrii ai unei funcţii de transfer de forma următoare:

(8.7)

Polinomul Q(q-1) nu se poate stabili apriori deoarece regulatorul introduce zerouri prin intermediul polinomului R(q-1). Polinomul P(q-1) specifică polii în buclă închisă şi se alege de forma:

(8.8)

Pentru a defini p1 şi p2 se consideră mai întâi un model permiţând obţinerea unui timp de creştere (tc) sau a unui timp de răspuns (tr) şi a unui suprareglaj maxim (M) în concordanţă cu specificaţiile practice. În continuare se calculează modelul discret cu extrapolator, numitorul funcţiei de transfer discrete reprezentând polinomul P(q-1). Dacă polinoamele A şi B sunt coprime rezultă următoarele relații:

                    

))(()1)(1)(1(

)()()()(1)(

22

110

22

12

11

122

11

111122

11

1

qrqrrqbqbqsqqaqa

qRqBqSqAqpqpqP 

        ))(()1)(1)(1(

)()()()(1)(2

21

102

21

21

112

21

1

111122

11

1

qrqrrqbqbqsqqaqa

qRqBqSqAqpqpqP

 

0)()1( 3122

2112

32

2211 babbaabbba (8.9)

Instrumentele moderne de analiză și proiectare a algoritmilor de control precum Matlab/Simulink permit crearea rapidă a structurilor de simulare și chiar generarea codurilor specifice, direct implementabile pe echipamentele moderne de calcul numeric. În continuare se prezintă instanța din Matlab/Simulink a unui model de simulare utilizat pentru a descrie un regulator PID discret (figura 8.8). Codul VHD a fost generat direct din Matlab și corespunde

)(

)()(

)()()()(

)()()(

1

11

1111

111

0

qP

qRqB

qRqBqSqA

qRqBqH

)(

)(

)()()()(

)()()(

1

1

1111

111

0

qP

qQ

qRqBqSqA

qRqBqH

22

11

1 1)( qpqpqP

1222

2122112

12111022

11011

0

)(0

)1(

1

sarb

aaasrbrb

aaasrbrbp

asrbp

Page 41: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

40

structurii discrete a compensatorului PID-ului prezentat. Codul este generic; compilarea pe o unitate specifică FPGA se realizează împreună cu fișierul specific de mapare al acestuia. Soluția propusă pentru modernizarea regulatorului automat de viteză permite îmbunătățirea performanțelor sistemului analizat modificând în structura actuală a acestuia doar partea de reglare numerică. Particularitățile acestui controler permit implementarea directă a algoritmilor numerici de comandă atât în structura secvențială de calcul cât și în matricea FPGA. Modul de implementare a acestuia rămâne la aprecierea dezvoltatorului sistemului.

Figura 8.8. Rețeaua de simulare a regulatorului PID discret

9. Cercetări experimentale asupra comportării statice şi dinamice a sistemelor de reglare bazate pe tehnologia FPGA Acest capitol prezintă rezultatele cercetărilor experimentale asupra comportării statice

şi dinamice a sistemelor de reglare bazate pe tehnologia FPGA. 9.1. Metodologia de identificare a performanţelor noii tehnologii Arhitectura aplicaţiei este prezentată în figura 9.1. Având în vedere particularităţile tehnologiei hardware utilizate, programul a fost distribuit eficient pe cele două unităţi numerice de calcul disponibile. Sistemul de calcul cRIO dispune de o unitate secvenţială de calcul bazată pe un procesor x86 şi o unitate de  calcul matricială  de  tip  FPGA.  În aplicaţia realizată, partea de software ce se ocupă de automatizarea instalaţiei controlate este rulată în cadrul unităţii x86, iar componenta de calcul a compensatoarelor (P/PI/PID) este executată de unitatea FPGA. Comunicaţia dintre unitatea de calcul x86 şi circuitul FPGA se realizează prin intermediul magistralei PCI. Comunicaţia sistemului cRIO cu sistemele de automatizare situate  la  un  nivel  ierarhic  superior  se realizează prin intermediul comunicației TCP/IP procesate de unitatea x86, iar semnalele analogice sunt achiziționate şi trimise în proces prin intermediul modulelor AD/DA ce comunică direct cu modulul FPGA.  Prin intermediul modulelor AD se achiziţionează poziţia realizată de tija servomotorului aparatului director, poziţia realizată de servomotorul palelor rotorice, turaţia realizată, turaţia prescrisă şi căderea brută. Aceste informaţii sunt direcţionate de modulul FPGA către unitatea de calcul x86 sau către modulele de calcul proprii (PID AD şi PID PR). Parametrii legilor de reglare sunt definiţi de unitatea x86. Aceştia se inițializează cu un set de valori stocate în memoria aferentă sistemului, dar pot fi modificaţi ulterior de sistemul de supraveghere Host prin intermediul comunicaţiei TCP/IP. Având în vedere faptul că aplicaţia dezvoltată conţine de fapt mai multe aplicaţii elaborate independent (pentru unitatea de calcul x86, pentru sistemul FPGA şi pentru sistemul Host), aceasta a fost dezvoltată în cadrul unui proiect tipic mediului de programare LabVIEW (figura 9.2). Proiectul conţine toate aplicaţiile .vi necesare

Page 42: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

41

implementării pe unităţile de calcul utilizate. Comunicațiile dintre acestea au fost realizate utilizând structurile specifice de tip variabile partajate (shared variabiles) disponibile în mediul de programare LabVIEW. Fiecare aplicaţie dezvoltată conţine o interfaţă de operare şi o structură de program (front panel şi block diagram). În figurile 9.3 şi 9.4 sunt prezentate structurile dezvoltate pentru aplicaţia implementată pe sistemul Host, iar în figurile 9.5 şi 9.6 se prezintă interfaţa de operare şi structura programului dezvoltate pentru aplicaţia implementată pe FPGA.

Figura 9.1. Arhitectura software a aplicaţiei RAV-cRIO

Figura 9.2. Interfaţa aplicaţiei RAV-cRIO în LabVIEW

Page 43: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

42

Figura 9.3. Interfaţa aplicaţiei host_RAV_cRIO care rulează pe procesorul x86

Figura 9.4. Diagrama-bloc a aplicaţiei host_rav_crio

Page 44: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

43

Figura 9.5. Interfața aplicaţiei FPGA_RAV_cRIO implementată pe FPGA

Figura 9.6. Diagrama aplicaţiei FPGA_rav_crio

Pentru poziţia impusă servomecanismului de reglare a aparatului director au fost generate semnale de comandă de tip rampă în domeniul 0…100 %. Căderea brută H a fost setată din rutina de test la 2, 5, 4, 6 şi 8 m. Cunoscând relaţia optimă dintre poziţia palelor rotorice şi poziţia palelor aparatului director în funcţie de cădere s-a simulat evoluția tijei servomecanismului PR funcţie de poziţia tijei servomecanismului de reglare a aparatului director (figura 9.7). În urma testării modulului pentru cama combinatorică au rezultat semnale achiziţionate cuprinse între 0 şi 7V. AD şi PR reprezintă cursa servomotorului aparatului director (out_AD), respectiv cursa servomotorului palelor rotorice (out_PR) în gama 0…10V.

Page 45: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

44

Figura 9.7. Rezultatele testării funcţionării modulului “cama combinatorică”

9.2. Rezultatele cercetărilor experimentale Pentru testarea funcţionării regulatorului RAV-cRIO a fost utilizată structura prezentată în figura 9.8. Sistemul a fost excitat cu un generator de semnal al referinţei de viteză. Aceasta a fost generată ca semnal de intrare de tip dreptunghiular cu amplitudinea de 5V. Tensiunea de 5V corespunde frecvenţei de 50 Hz. Acordarea compensatorului regulatorului de viteză a hidroagregatului a fost realizată direct, prin urmărirea mărimilor realizate în proces (viteza realizată şi viteza impusă). Pe interfaţa de monitorizare a sistemului, prezentată în figura 9.9, se poate observa o secvenţă din procedura de testare. Interfaţa oferă posibilitatea de urmărire în timp real a efectului modificării diverşilor parametrii (Kp şi Ki pentru AD, PR şi RAV) şi posibilitatea comparării vizuale cu rezultatele obţinute în iteraţiile anterioare. Astfel au fost identificaţi relativ uşor parametrii de acord optimi pentru funcționarea sistemului.

Figura 9.8. Schema de principiu a sistemului de testare a regulatorului RAV cRIO Pentru valorile optime ale coeficienţilor legilor de reglare au fost efectuate ulterior experimente detaliate (figura 9.10) în scopul determinării calităţii răspunsului sistemului în cursul secvenței de pornire și aducere la viteza de sincronism. În figura 9.11 se prezintă un detaliu cu privire la evoluția vitezei realizate în jurul valorii de referință impuse (50 Hz). În figura 9.12 se prezintă spre comparaţie un caz defavorabil de selecţie a coeficienților legilor de reglare. În acest caz sistemul analizat devine instabil, fiind caracterizat prin oscilaţii întreținute ale mărimii reglate (viteza hidroagregatului).

Page 46: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

45

Figura 9.9. Răspunsul sistemului pentru diverse valori ale coeficienților legilor de reglare implementate în RAV (PI_w, PID_AD, PID_PR)

În figura anterioară este prezentată evoluția sistemului de reglare stabil pentru următorii parametrii Kp_w=10, Ki_w= 0.00781: verde – ref_w, albastru – w_realizat, roșu – poziția AD, cyan – comanda distribuitorului AD.

Figura 9.11. Evoluția sistemului de reglare

comparativ cu elementele de execuție

Figura 9.12. Evoluţia referinţei şi ieşirii

sistemului stabil: verde – ref_w, albastru – w_realizat

În figura 9.13 este prezentată evoluția sistemului de reglare instabil pentru următorii parametrii Kp_w=1, Ki_w=0.2: verde – ref_w, albastru – w_realizat, roşu – poziție AD; cu cyan este reprezentată comanda distribuitorului AD.

Page 47: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

46

Figura 9.13. Evoluţia unui sistem instabil Figura 9.14. Modelul funcțional al RAV realizat cu echipamentul de conducere cRIO

Aplicația prezentată a permis validarea noului concept de regulator automat destinat reglării vitezei agregatelor din domeniul energetic. Acesta propune îmbunătățirea structurilor de reglare specifice dezvoltate anterior în cadrul laboratorului prin modificarea nivelului care se ocupă de calculul numeric necesar închiderii buclelor de reglare. Utilizarea soluțiilor de calcul numeric hibride, x86-FPGA permite îmbunătățirea performanțelor sistemului de automatizare în condițiile micșorării semnificative a prețului de cost al acestuia. Reducerea costului nu este urmată de scăderea fiabilității sistemului. În concluzie, se poate afirma că soluțiile de calcul bazate pe tehnologia FPGA pot reprezinta următoarea generație de sisteme numerice utilizate în comanda proceselor din domeniul hidroenergetic (figura 9.14). 10. Sinteza contribuţiilor ştiinţifice şi tehnice ale autorului Principalele contribuţii originale ale autorului la rezolvarea temei abordate pot fi sintetizate astfel. 1. S-a efectuat un studiu aprofundat asupra stadiului actual al cercetărilor din domeniul modelării și simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice numerice. În cadrul acestui studiu s-au analizat arhitecturile și performanțele sistemelor numerice de conducere a proceselor industriale. 2. În vederea implementării structurilor de conducere numerică bazate pe tehnologia FPGA s-au analizat arhitecturile moderne de regulatoare automate de viteză pentru hidroagregate. S-a studiat necesitatea reglării automate a vitezei de rotație a hidroagregatelor, structurile RAV ale acestora și sistemele de reglare electrohidraulice specifice, cu accent pe utilizarea amplificatoarelor electrohidraulice moderne, multietajate, cu reacții interne. 3. S-au efectuat cercetări asupra comportării statice și dinamice a servomecanismelor electrohidraulice de mare putere, specifice hidroagregatelor moderne, urmărindu-se cu precădere performanțele dinamice și stabilitatea acestor sisteme automate. 4. S-a analizat prin modelare matematică și simulare numerică comportarea în regim tranzitoriu a regulatoarelor automate de viteză. 5. S-a realizat identificarea experimentală a modelului matematic pentru un servomecanism de reglare a palelor aparatului director și pentru întreaga turbină axială.

Page 48: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

47

6. S-a conceput și realizat un sistem de reglare numerică pentru hidroagregatele axiale utilizând tehnologia FPGA. În acest scop, autorul a identificat soluția optimă pentru subsistemul electrohidraulic și pentru sistemul de calcul. În final s-a realizat sinteza componentei software în circuitul FPGA. 7. S-au efectuat cercetări experimentale ample pentru determinarea performanțelor sistemului de reglare bazat pe tehnologia FPGA, evidențiindu-se simplitatea acordării experimentale a regulatorului. Principalele direcţii de continuare a cercetărilor întreprinse sunt următoarele. 1. Implementarea structurilor redundante de conducere și comunicație pentru regulatoarele bazate pe tehnologia FPGA realizate în cadrul lucrării. 2. Dezvoltarea unui sistem FPGA aflat la un nivel ierarhic superior în cadrul topologiei de conducere a unei centrale hidroelectrice. 3. Îmbunătățirea performanțelor sistemelor de reglare electrohidraulice prin corecții de natură mecatronică cu ajutorul tehnologiilor FPGA.

11. Bibliografie selectivă A. CĂRŢI

Anderson, P.M., Fouad, A. Power System Control and Stability. Wiley-Interscience, 2003. Anton, I. Turbine hidraulice. Editura Facla, Timișoara, 1979. Călinoiu, C., Vasiliu N., Vasiliu D., Catană I., Modelarea, simularea şi identificarea experimentală a servomecanismelor hidraulice, Editura Tehnică, Bucureşti, 1998. Catană, I., Vasiliu, D., Vasiliu, N. Servomecanisme electrohidraulice. (Litografiat). Universitatea POLITEHNICA Bucureşti, 1996. Dumitrache, I. Tehnica reglării automate. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980. Guillon, M. L'asservissement hydraulique et electrohydraulique. Dunod, Paris, 1972. Kundur, P. Power System Stability and Control, McGraw-Hill, 1994. Landau, I.D. System Identification and Control Design. Prentice-Hall, 1990. Laplante, Ph.A. Real-Time Systems Design and Analysis. Wiley-Interscience, 2004. McCloy, D., Martin, H.R. The Control of Fluid Power. Longman, London, 1973. Oroveanu, T. Mecanica fluidelor vâscoase. Editura Academiei R.S.R., Bucureşti, 1967. Pavel, D., Zarea, Șt. Turbine hidraulice şi echipamente hidroenergetice, Vol. I, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1965. Penescu, C., Ionescu, G., Tertisko, M., Ceanga, E. Identificarea experimentală a proceselor automatizate. Editura Tehnică, Bucureşti, 1971. Ursu, I., Ursu, F. Control activ şi semiactiv. Editura Academiei Române, Bucureşti, 2002. Vasiliu, D., Vasiliu, N. Acţionări şi comenzi hidropneumatice în energetică. (Litografiat) Universitatea POLITEHNICA Bucureşti, 1993. Vasiliu, N., Catană, I. Transmisii hidraulice şi electrohidraulice. Vol. I - Maşini hidraulice volumice, Editura Tehnică, Bucureşti, 1988. Vasiliu, N., Vasiliu, D. Acționări hidraulice și pneumatice. Vol.I, Editura Tehnică, Bucureşti, 2005. Viersma, T.J. Analysis, Synthesis and Design of Hydraulic Servosystems and Pipelines. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 1980. Wylie, E., Streeter, V. Fluid Transients. McGraw Hill Book Company, New York, 1983.

B. DOCUMENTAȚII TEHNICE *** AMESim User Manual. Imagine, Roanne, France, 2004. *** Easy 5, Boeing, Seattle, WA, U.S.A., 2002. *** Matlab R2012a- User' Guide. MathWorks, Natick, MA, 2012. *** Simulink 5.0 - User' Guide. MathWorks, Natick, MA, 2012. *** The Hydraulic Component Design Library. Technical Bulletin n° 108, IMAGINE, 2001. *** AMESim: Interfaces with other software. Technical Bulletin n°109, IMAGINE, 2001.

Page 49: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

48

C. ARTICOLE Armstrong-Helouvry, B. Stick-Slip Arising from Stribeck Friction. Proceedings of the 1990 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Cincinnati, Ohio, May 13-18, 1990. IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, California, 1990. Catană, I., Călinoiu, C., Vasiliu, D. Servomecanisme electrohidraulice cu precizie de urmărire ridicată. Buletinul Ştiinţific al Universităţii Politehnica din Timişoara, Tom 44 (58), Călinoiu, C, Vasiliu, D., Drăgoi, C. Modeling and Simulation of the Electro hydraulic Servomechanisms of the Speed Governors for Hydraulic Turbines. A V-a Conferinţă de maşini hidraulice şi hidrodinamică, Timişoara, 2000. Dumitrache, I., Catană, I. şi Militaru, A. Fuzzy Controller for Hydraulic Servo Systems. IFAC International Workshop on Trends in Hydraulic and Pneumatic Components & Systems, Chicago, Illinois, 1994. Drăgoi, C., Vasiliu, N., Călinoiu, C., Experimental Identification of the Electrohydraulic Servosystems Used in Speed Governors for Hydraulic Turbines. Conferinţa “Hidroenergetica 2002”, Bucureşti, 2002. Filip, F.G. Decision support and control for large-scale complex systems. Annual Reviews în Control, 32(1), p.61-70, 2008. Filip, F.G., Popescu , D., Mateescu, M. Optimal Decisions for complex Systems-Software Packages. Mathematics and Computers în Simulation,76, (5-6 ) (January): 422-429. (ISSN: 0378-4754) , p. 422-429, 2008. Lebrun, M., Claude, R. How to create Good Models without Writing a Single Line of Code, Fifth Scandinavian International Conference on Fluid Power at Linköping, Sweden on the 28th May 1997 Mare, J.C., Cregut, S. Electrohydraulic Force Generator for the Certification of a Thrust Vector Actuator. Recent Advances in Aerospace Hydraulics, June 13-15, 2001, Toulouse, France, 2001. Marin Al., Vasiliu N., Drumea P. Amplificator electrohidraulic proporţional. Brevet Romania nr. 118475, 1998. Muraru, V., Vasiliu, N., Vasiliu, D. Structural Analysis of the Proportional Solenoids for Control Systems using ANSYS software. ANSYS Conference, Pittsburgh, 2001. Preitl, Şt., Precup, R. Anti-Reset-Windup (ARW) Structure for Speed Control of Hydro generators. Proceedings of the 9-th International Conference on Control Systems and Computer Science, Bucharest, 1993. Ursu, I., Popescu, T., Vladimirescu, M., Costin, R.D. On some linearization methods of the generalized flow rate characteristics of the hydraulic servomechanisms. Revue Roumaine Des Science Techniques, Serie de Mecanique Appliquee, Tome 39, mars-avril 1994. Vasiliu, D., Vasiliu, N., Călinoiu, C. Theoretical and Experimental Researches on the Slow Electrohydraulic Servopumps. Recent Advances in Aerospace Hydraulics, Toulouse, France, June 13-15, 2001. Vasiliu N., Călinoiu, C. Regulator automat de viteză electrohidraulic numeric pentru hidroagregate. Brevet România nr. 120101, 2003. Vasiliu, N., Vasiliu, D., Manea, I. A New Type of Hydraulic Rotary Servomechanism. IFAC Workshop on Trends in Hydraulic and Pneumatic Components and Systems, Chicago, 8-9 Nov. 1994. Vasiliu, D., Vasiliu, N., Catană, I. Validating the Transfer Function of a Hydraulic Servomechanism by Numerical Simulation. Buletinul U.P.B., Seria C, Vol.56, Nr.1-2/1994. Vasiliu, N., Călinoiu, C., Vasiliu, D., Ofrim, D., Manea, F. Theoretical and Experimental Researches on a New Type of Digital Electro hydraulic Speed Governor for Hydraulic Turbines. 1st International Conference on Computational Methods in Fluid Power

Page 50: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

49

Technology, Methods for solving Practical Problems in Design and Control, Melbourne, 2003. Vasiliu, N., Călinoiu, C., Vasiliu, D. Electrohydraulic Servomechanisms with Two Stages DDV for Heavy Load Simulators Controlled by ADwin. Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components, Toulouse, France, November 24-26, 2004. Vasiliu, N., Călinoiu, C., Vasiliu, D., Ofrim, D. Digital Control Systems for Synchronizing Hydraulic Servo Cylinders. The 6th International Conference on Hydraulic Machinery and Hydrodynamics, Timişoara, România, October 21-22, 2004. Watton, J. A Digital Compensator Design for Electrohydraulic Single-Rod Cylinder Position Control Systems. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol.112, September 1990. D. TEZE DE DOCTORAT Călinoiu, C. Contribuţii la identificarea dinamică experimentală a elementelor şi sistemelor de acţionare hidraulice. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 1998. Cioranu, C.N. Cercetări asupra sistemelor de acționare electrohidraulice redundante. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 2012. Drăgoi, C. Modelarea, simularea, identificarea şi comanda sistemelor de acţionare electrohidraulice rapide, cu aplicaţie la reglarea turaţiei turbinelor hidraulice. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 2001. Drumea, P. Contribuţii la analiza şi sinteza elementelor şi instalaţiilor de reglare electrohidraulice. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 1999. Ion Guță D.D. Cercetări asupra simulării în timp real a sistemelor de acţionare hidraulice şi pneumatice. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 2008. Marin, Al. Cerectări privind analiza şi sinteza regulatoarelor hidraulice de turaţie ale maşinilor de forţă. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 1997. Ofrim, D.V. Cercetări asupra conducerii numerice a servomecanismelor hidraulice. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 2004. Negoiță, Georgiana Claudia. Cercetări asupra dinamicii transmisiilor hidraulice volumice. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 2011. Popescu, T.C. Cercetări asupra sintezei sistemelor de acţionare hidraulice. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 2008. Vasiliu, Daniela. Cercetări teoretice şi experimentale asupra fenomenelor tranzitorii din servopompele şi servomotoarele transmisiilor hidrostatice. Teză de doctorat, Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, 1997. E. REFERINȚE WEB NATIONAL INSTRUMENTS – www.ni.com ADwin - www.adwin.de BOSCH-REXROTH - www.boschrexroth.com MathWorks - www.mathworks.com LMS IMAGINE – www.lmsintl.com PARKER HANNIFIN - www.parker.com MOOG INC. - www.moog.com dSPACE - www.dspace.com RENAULT TECHNOLOGIE ROUMANIE - www.renault-technologie-roumanie.com 

HYDAC - www.hydac.com

 

Page 51: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

50

12. Lista de lucrări științifice și tehnice elaborate de autor  

1. Articole/studii publicate Rns1. C. Călinoiu, N. Vasiliu, Daniela Vasiliu, M. Mitroi. Final Certification Test of the Electrohydraulic Speeed Governor RAVN. HME, 16-17 oct. 2008, Timişoara. Scientific Bulletin of the Politehnica University of Timișoara. Transactions on Mechanics Special Issue. Rns2. M. Mitroi, R.Puhalschi, Daniela Vasiliu, Călinoiu, C., Vasiliu, N. A new Generation of Speed Governors for Kaplan Turbines. U.P.B. Scientific Bulletin, Series D, Vol.75, Iss.3, 2013, p.250-261, ISSN 1454-2358. Rns3. Muraru V., Ion Guță D.D., M. Mitroi, Cioranu N.C., Filipoiu I.D., Portal de inovare și transfer tehnologic, Revista Romană a Inovării Nr.2/2009, p.34-38, ISSN 1844-8356, 2009. Vis1. T.C. Popescu, I. Duțu, C. VASILIU, M. Mitroi. Adjustment of conformity parameters of PID-type regulators using simulation by AMESim. 7th International Industrial Simulation Conference, Loughborough, United Kingdom, June 2009, EUROSYS-ETI Publication, ISBN: 978-90-77381-71-7, EAN: 9789077381717, Reuters ISI Thomson and INSPEC referenced. Vis2. Mitroi, M., Puhalschi, R., Vasiliu Georgiana Claudia, Vasiliu Daniela, Vasiliu, N. Analysis of the Electro Hydraulic Speed Control Systems by Real Time Simulation with Hardware in the Loop, 26th Annual European Simulation and Modelling Conference - ESM'2012, FOM, University of Applied Sciences, Essen, Germany, October 22-24, p.80-84, 2012,EUROSYS-ETIPublication, ISBN: 978-90-77381-71-7, EAN: 9789077381717, Reuters ISI Thomson and INSPEC referenced. Vis3. Puhalschi R., Mitroi, M., Călinoiu C., Vasiliu N. Numerical Simulation and Experimental Validation of the Transients from High Head Hydropower Plants, ISC'2013, 11th Annual Industrial Simulation Conference, May 22-24, 2013, Ghent University, Ghent, Belgium, ISBN: 978-90-77381-71-7, EAN: 9789077381717, Reuters ISI Thomson and INSPEC referenced.

2. Proiecte de cercetare-dezvoltare-inovare: a) obţinute prin competiţie pe bază de contract /grant în ţară / străinătate (Pn-naţionale, Pi-internaţionale); b) alte lucrări de cercetare-dezvoltare (F1, F2 etc.)

Pi1 - Increasing the impact of Central-Eastern European environment research results through more effective dissemination and exploitation – FP7 ctr.nr. 265275/2010 – ENVINPACT - Colaborator. Pn1 - Platformă adaptivă web pentru managementul integrat al apei – PMA. PROGRAMUL CEEX MODUL I, ctr. nr. 203/2006 – Colaborator. Pn2 - Platformă de e-Learning în domeniul sistememlor de Acţionare Hidraulice și pneumatice. PN II Capacități, ctr. nr. 162/2007 – Colaborator. Pn3 - Unități cu pistoane axiale cu bloc înclinat la 40O, PN II, ctr. nr. 60/2007 – Colaborator. Pn4 - Cercetari privind cresterea eficientei energetice a sistemelor de actionare hidraulice, prin aplicarea tehnicilor reglajului secundar, PNII Parteneriate, ctr. nr. 21-060/2007 – Colaborator. Pn5 - Servoactuator hidrostatic pentru aeronave, PNII Parteneriate, ctr.nr. 81-036/2007 – Colaborator. Pn6 - Tehnologii inovative bazate pe testare pentru caracterizarea si imbunatatirea performantelor de zgomot și vibrații ale automobilelor – NVHLMS. PN II, ctr. nr. 205/2008 – Colaborator. Pn7 - Tehnologie de modernizare a preselor electrohidraulice pentru componente de automobil – EPRES. PN II, ctr. nr. 194/2008 – Colaborator.

Page 52: Rezumat Teza Mitroi

Marius MITROI Rezumatul tezei de doctorat Cercetări asupra modelării şi simulării în timp real a sistemelor de reglare electrohidraulice

51

Pn8 - Platformă tehnologică pentru concepţia şi fabricaţia matriţelor modulate pe maşini unelte de mare productivitate - MATPRO. PN II, ctr. nr. 149/2008 – Colaborator. Pn9 - Sistem informatic de instruire interactivă în domeniul sistemelor de acţionare hidraulice şi pneumatice IT-FPS. CNMP, Programul 4 – Parteneriate in domeniile prioritare, ctr. nr 12-104/2008 – Colaborator. Pn10 - Sistem de amortizare inteligent pentru trenul de aterizare al aeronavelor, PNII Parteneriate, ctr.nr. 82-070/2008 – Colaborator. Pn11 - Motoare liniare telescopice, PNII, ctr. nr. 163/2008 – Colaborator. Pn12 - Cercetari privind conversia, recuperarea, stocarea si reutilizarea energiei hidrostatice in actionarile hidraulice, PNII Parteneriate, ctr. nr. 22135/2008 – Colaborator. 13. CV (EXTRAS) Nume si Prenume: Mitroi Marius-Alexandru Data naşterii: 5.09.1983 Telefon: +40720426726 E-mail:[email protected]

Experienţa profesională

Perioada: 01.11.2010 – prezent Funcţia : Coordonator Program Inovare Institutia: Unitatea Executiva pentru Finanțarea Învățământului Superior, Cercetării, Dezvoltării și Inovării Perioada: 01.11.2009 - 31.10.2010 Funcţia: Coordonator al departamentului informatică și diseminare informații Perioada: 01.03.2007 - 01.11.2009 Funcţia: Proiectant sisteme informatice Instituția: Agenția Manageriala pentru Cercetare Științifică Inovare si Transfer tehnologic Perioada: 01.06.2007 - 31.10.2010 Funcţia: Asistent cercetare Institutia: universitatea Politehnica Bucuresti

Educaţie şi formare

Perioada: 2008 - 2010 Diploma obţinută: Masterat Domeniu: Informatica sistemelor hidraulice si pneumatice Institutia: Universitatea Politehnica București, Facultatea de Inginerie Mecanică și Mecatronică Nivelul în clasificarea naţională sau international: Masterat Perioada: 2002 - 2007 Diploma obţinută: Inginer diplomat Domeniu: Inginerie energetica Institutia: Universitatea Politehnica București, Facultatea de Energetică Nivelul în clasificarea naţională sau international: Inginer diplomat

Limbi străine cunoscute

Engleză, franceză, turcă și italiană


Top Related