Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Position control implementation for a BLDC motor

Jakub Jan Półtorak

Abstract

The main objective of this thesis is to implement and evaluate two position control algorithms. All experiments and tests were carried out on BLDC motor driver designed and manufactured by Michał Złotek and Wojciech Więcek. Developed algorithms can be used in mobile robotics and DIY projects. First part of the paper focuses on principles of operation of BLDC motors. Chosen methods used to control BLDC motor are also described. Next part of the thesis describes devices used to control the motor and programs used to program and debug the microcontroller unit. In this part microcontroller unit, IDE, H-Bridge driver unit, external bridge unit, encoder and motors used are described. The third part of the thesis consists of description of designed open loop control algorithm. Within the chapter regarding open loop control detailed explanation of implementation of the algorithm and analysis of accuracy are provided. Additionally chapter describes problems encountered during the tests and problems associated with open loop control. The fourth part is dedicated to closed loop control algorithm. At the beginning the algorithm and its implementation are described. Additionally accuracy analysis and problems encountered during the design and testing of the algorithm are described. The thesis ends with a summary that consists of their comparison and discussion of advantages and drawbacks of implemented algorithms and their possible fields of use. The tests that were carried out proved that both open loop and closed loop control algorithms are capable of driving the motor with accuracy below 1°. Significant current draw and quick heat up of motors were also observed during the testing. A possible direction of further development is provided. Energetic optimization should be focused as the main field to be improved which should make algorithms more suitable for mobile applications. To achieve lower power consumption author proposes adding current control loop which would allow to control the flux of stator’s magnetic field.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Jakub Jan Półtorak (FM) Jakub Jan Półtorak,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Implementacja algorytmu sterowania położeniem kątowym silnika typu BLDC
Supervisor
Jan Klimaszewski (FM/IACR) Jan Klimaszewski,, The Institute of Automatic Control and Robotics (FM/IACR)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Automatic Control and Robotics (FM/IACR)
Study subject / specialization
, Automatyka i Robotyka (Automation and Robotics)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
28-05-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Krzysztof Janiszowski (FM/IACR) Krzysztof Janiszowski,, The Institute of Automatic Control and Robotics (FM/IACR)Faculty of Mechatronics (FM) Jan Klimaszewski (FM/IACR) Jan Klimaszewski,, The Institute of Automatic Control and Robotics (FM/IACR)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
BLDC, silniki bezszczotkowe, układ zamknięty, układ otwarty, algorytmy sterowania, pozycja
Keywords in English
BLDC, brushless direct current motor, open loop system, closed loop system, control algorithm, position
Abstract in Polish
W pracy przedstawiono implementację algorytmów sterowania pozycją kątową silnika BLDC w układzie otwartym i zamkniętym oraz analizę ich dokładności i przydatności do różnych zastosowań. Implementację przygotowano dla gotowego układu elektronicznego sterownika silnika bezszczotkowego wykonanym przez Michała Złotka i Wojciecha Więcka. Opracowane algorytmy mogą znaleźć zastosowanie w robotyce mobilnej lub projektach hobbystycznych. W pierwszej części pracy przedstawiono zasady działania bezszczotkowych silników prądu stałego oraz wybrane metody sterowania nimi. Następnie opisane zostały wykorzystywane przy realizacji pracy urządzenia i programy. W części dotyczącej stanowiska zostały omówione: układ mikroprocesorowy, środowisko programistyczne, układ sterujący pracą kluczy, układ kluczy tranzystorowych i enkoder oraz wykorzystywane przy testach silniki. Trzecia część pracy skupia się na opracowanym przez autora algorytmie sterowania silnikiem w układzie otwartym. Omówiony został algorytm jego, implementacja programistyczna oraz przeprowadzona analiza dokładności pozycjonowania wału silnika. Ponadto w tej części opisane zostały także problemy przy uruchomieniu algorytmu oraz problematyka sterowania silnika BLDC w pętli otwartej. Następna część pracy składa się z opisu algorytmu sterowania silnikiem w układzie zamkniętym. W tej części pracy omówiony został algorytm sterowania wraz z jego implementacją oraz analizą dokładności pozycjonowania. Dodatkowo przedstawiono problemy napotkane w toku implementacji. W podsumowaniu opisano wady i zalety obydwu implementowanych algorytmów. Testy wykazały możliwość sterowania silnikiem z dokładnością poniżej 1° zarówno w systemie otwartym jak i zamkniętym. Zaobserwowano też duże zużycie prądu przy sterowaniu silnikami za pomocą opracowanych algorytmów. Jako kierunek, w jakim można rozwijać opracowane algorytmy, zaproponowano optymalizację energetyczną, gdyż pobór prąd i nagrzewanie się silników może stanowić problem przy praktycznym wykorzystaniu opracowanych algorytmów.
File
  • File: 1
    AiR_1st_276762.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 33975

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT9d0cc452c0724836b3e207139ca780ad/
URN
urn:pw-repo:WUT9d0cc452c0724836b3e207139ca780ad

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page