بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهینه سازي وکنترل برداري موتور سنکرون با آهنرباي دائم بدون استفاده از سنسور بر اساس سیستم تطبیقی مدل مرجع (MRAS)
چکیده :امروزه سیستم کنترل سرعت وموقعیت بدون سنسور مورد توجه گسترده اي قرار گرفته است. کلید کنترل برداري بدون سنسور تخمین درست سرعت می باشد و مدل سیستم تطبیقی مرجع (MRAS) یک روش شناسایی سرعت است.این روش می تواند پایداري سیستم را تضمین و از طریق روش تنظیم پارامتر تطبیقی سیگنال خطا را به صفر میل دهد که پس از آن سرعت تخمین زده شده دقیق خواهد بود که در حال حاضر بسیاري از کارشناسان و محققان این روش را روي سیستم کنترل بدون سنسور PMSM انجام داده اند. این مقاله استفاداز الگوریتم MRAS در سرعتهاي کم براي سیسم کنترل سرعت بدون سنسور PMSM رانشان می دهدو هدف تشخیص سرعت براساس مدل مرجع بهبود پایداري سیستم می باشد. در بهینه سازي بر اساس مدل تطبیقی مرجع از نرم افزار matlab استفاده براي شبیه سازي استفاده می شود .
کلمات کلیدي:
موتور سنکرون با آهنرباي دائم ، کنترل برداري ، سیستم تطبیقی مدل مرجع
.1مقدمه
موتورهاي سنکرون اهنرباي دائم فواید بسیاري دارند ازجمله :سایز کوچک،وزن کم ،پاسخ سریع و بازده بالا . با توسعه الکترونیک قدرت و تکنولوژي کنترل از این نوع موتورها استفاده وسیعی در صنایع هوایی، تولیدات کشاورزي و ... می شود. سیستمهاي کنترل برداري رایج سرعت موتور را با استفاده از سنسور سرعت تشخیص میدهند اما سنسور سرعت هزینه سیستم را بالا میبرد و قابلیت سیستم را کم میکند از این رو در سالهاي اخیر سرعت وموقعیت سیستم کنترل بدون سنسور مورد توجه گسترده اي قرار گرفته است. کلید کنترل برداري بدون سنسور تخمین درست سرعت میباشد و مدل سیستم تطبیقی مرجع (MRAS) یک روش شناسایی سرعت است.این روش میتواند پایداري سیستم را تضمین و از طریق روش تنظیم پارامتر تطبیقی سیگنال خطا را به صفر میل دهد که پس از آن سرعت تخمین زده شده دقیق خواهد بود.[2]در حال حاضر بسیاري از کارشناسان و محققان روي سیستم کنترل بدون سنسور PMSM انجام داده اند. مطلب [3] استفاداز الگوریتم MRAS در سرعتهاي کم براي سیسم کنترل سرعت بدون سنسور PMSM رانشان میدهد. مطالب [4],[5],[6],[7] طرح تشخیص سرعت PMSMرا بر اساس MRAS نسان میدهند. مطالب[9] [10],[11] مد لغزشی براي MRASرا معرفی میکنند و هدف روش تشخیص سرعت براساس مد لغزشی بهبود پایداري سیستم میباشد. در بهینه سازي بر اساس MRAS این مقاله از نرم افزار mathlab استفاده می کند.
.2آنالیز تئوري
2,1مدل ریاضی موتور سنکرون با آهنرباي دائم
به منظور ایجاد مدل ریاضی pmsm ابتدا چنین فرض میکنیم : مدار مغناطیسی خطی میباشد،سیم پیچی سه فاز مشابه باشند،در نظر نگرفتن cogging، در نظر نگرفتن تلفات هسته. بر طبق این فرضیات مدل ریاضی ایجاد شده در سیستم قاب گردان dq بوده و از یک سري معادلات شامل شار، ولتاژ و گشتاور تشکیل شده است معادلات شاربرابر است با
در فرمول بالا Ψ شار تولید شده توسط استاتور میباشد معادلات ولتاژ:
در فرمول بالا مقاومت فاز سیم پیچی هاي استاتور و ωسرعت زاویه اي روتور میباشد .معادله مکانیکی برابر است با:
در فرمول بالا سرعت زاویه اي مکانیکی pmsmمیباشد . معادله گشتاور:
2,2 کنترل برداري
این روش ساده ترین روش است و به طور گسترده استفاده می شود.زمانی که جریان ارمیچر استاتور برابر صفر استid=0 در پروسه کنترل ولتاژ می تواند به شکل زیر باشد:
توسط روش کنترل برداري سرعت میتواند پس از تنظیم کننده pi با استفاده از سیگنال خطا محور qبین این جریان تخمینی و جریان واقعی تخمین زده شود این باعث می شود که سیستم ساده شود.
2,3 اصول MRAS
ایده اصلی MRASاستفاده از معادلات شامل پارامترهایی براي تخین زدن مدل قابل تنطیم می باشد در حالی که ازپارامترهاي شناخته نشده معادلات به عنوان مدل مرجع استفاده می کند . این دو مدل خروجی هایی شبیه به هم دارند و در یک زمان با هم کار میکنند از این رو خطاي خروجی می تواند یک قانون تطبیقی مناسب براي تنظیم پارامتر هاي مدل قابل تنظیم تشکیل دهد .
قانون تطبیقی تخمین سرعت می تواند توسط اصل پایداري فراهم شود و هم گرایی مجانبی سیستم می تواند توسط پایدار ساز [13] popov تضمین شود. بلوك دیاگرام MRAS در شکل 1 آمده است
.3 بهینه سازي بدون سنسور PMSM براساس MRAS
3.1مدل مرجع وقابل تنظیم MRAS
مدل ریاضی PMSMنشان می دهدکه مدل جریان به سرعت موتور مرتبط است بنابر این ما می توانیم pmsmرا به عنوان مدل مرجع انتخاب کنیم در حالی که مدل جریان به عنوان مدل قابل تنظیم استفاده میشود سپس با استفاده از ساختارهاي موازي سرعت موتور تشخیص داده میشود . طبق مدل ریاضی pmsm در قاب گردان dq مدل جریان استاتور می تواند اینگونه توصیف شود:
فرایند به شرح زیر میباشد
بنابر این مدل مرجع MRAS می تواند به صورت زیر نوشته شود
مدل قابل تنظیم موازي MRAS می تواند به صورت زیر نوشته شود:
3.2 قانون تطبیقی MARS
تعریف کلی خطا برابر است با: e=i*‐i^ بنابراین با تفریق بین فرمول 7و8 داریم:
در فرمول بالا داریم :
فرمول 9 می تواند به شکل معادلات حالت نوشته شود:
در فرمول بالا داریم
طبق پایداري popov اگر شرایط زیر براورده شود:
:1 ماتریس انتقال باید مثبت حقیقی باشد .
پس ازآن 0 ،به عبارت دیگر مدل سیستم تطبیقی مرجعپایدار مجانبی می باشد. قانون تطبیقی تخمین سرعت
MRAS میتواند از طریق حل انتگرال popov بدیت آید
فرمول 11 رامی توان به شکل یک کنترل کننده pi نوشت:
در فرمول بالا :
فرمول 12 نشان میدهد که متناسب با جریان واقعی استاتور ،جریان استاتور تخمین زده شده ،و زاویه میباشد.
سرعت تخمینی توسط بعد از تنظیمpi تخمین زده می شودi و خروجی مدل قابل تنظیم به خروجی مدل مرجع نزدیکتر خواهد شد.ω مقدار خطاي به صفر میل میکند و سرعت تخمینی به سرعت واقعی نزدیکتر می شود [15] بلوك دیاگرام سیستم تخمین سرعت MRAS با استفاده از بردار جریان استاتور در شکل2 آمده است:
پارامتر هاي متوسط درفرمول تعین سرعت (11) جایگزین می شوند سپس فرمول زیر بیست می آید:
زاویه روتور برابر است با انتگرال سرعت تخمینی :
3,3 سیستم کنترل برداري بدون سنسور pmsm بر اساسMRAS
بر اساس id=0 سیستم کنترل برداري pmsm یک سیستم MRAS یراي کنترل بدون سنسور pmsm معرفی می شود. بلوك دیاگرام کلی سیستم کنترل در شکل3 آمده است :
شکل-3 بلوك دیاکرام MRAS
.4 شبیه سازي و نتایج آنالیز
به منظور بررسی اثرات ونقص طرح بهینه سازي بر اساس MRAS براي سیستم کنترل pmsm ، id=0 اضافه شده است و شبیه سازي کنترل pmsm در نرم افزار matlab بر طبق مدل ریاضی و استراتژي بهینه سازي انجام گرفته شده است . مقدار پارامتر هاي مدل pmsm در جدول 1 آورده شده است:
