بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله استراتژی جدید کنترل بدون سنسور بر اساس مشاهدهگر مد لغزشی - SMO2 - و کنترلر فازی نوع 2 برای موتور سنکرون مغناطیس دائم - PMSM3 - × ارائه شده است؟ در این روش از معیار پایداری لیاپانوف در چارچوب مرجع ثابت α-β بهمنظور بهبود سرعت پاسخ استفاده شده است. سرعت و موقعیت روتور در این مشاهدهگر با استفاده از شار پیوندی استاتور و تابع تانژانت تخمین زده میشود.
ایده نو در این مقاله بهکارگیری کنترلر فازی نوع 2 بهعنوان جبرانسازی حلقه کنترلی سرعت و گشتاور میباشد.
کنترلر فازی پیشنهادی افت سرعت کمتر و پاسخ بهتری را نسبت به کنترلر متعارف ارائه میدهد و همچنین در مقابل تغییرات وسیع پارامترها نیز مقاوم میباشد. نتایج شبیهسازی ارائهشده تأثیر و استحکام استراتژی کنترل را اثبات و کارآمدی روش پیشنهادی و تحلیلهای تئوری را تصدیق میکند
.1 مقدمه
در سالهای اخیر موتور سنکرون مغناطیس دائم - PMSM - به دلیل ویژگیهایی از قبیل بالا بودن کیفیت، قابلیت اطمینان بالا، نسبت گشتاور به حجم زیاد و سادگی×عملیات×تعمیر و نگهداری، مورد توجه قرار گرفته است. در مقایسه با موتور القایی، این موتور نیاز به سیمپیچیهای روتور ندارد و به همین دلیل راندمان آن از موتور القایی بالاتر است. کاربردهای موتور سنکرون مغناطیس دائم در دو زمینه اصلی سیستمهای کنترل سرعت قابل تنظیم و سیستمهای کنترل موقعیت تقسیم میشود.
سیستمهای کنترل سرعت از دو حلقه کنترلی جریان و سرعت تشکیلشده درحالیکه سیستم های کنترل موقعیت علاوه بر حلقه کنترلی جریان و سرعت، حلقه کنترل موقعیت را نیز شامل میشود. به هریک از حلقهها باید یک کنترلکننده کارا اعمال نمود. بهطورکلی، موقعیت روتور توسط یک سنسور موقعیت مانند سنسورهای مکان - Encoder - اندازه گیری میشود
استفاده از این سنسورها معایبی نظیر عدم قابلیت اطمینان و نویز صوتی را به دنبال دارد. یکی از روشهای حذف این سنسورها، تعیین سرعت و موقعیت روتور از طریق تزریق سیگنال فرکانس بالا میباشد که این راهکار در سرعت های بالا عملکرد مطلوبی ندارد و بیشتر در سرعتهای پایین کاربرد دارد
روش دیگر کنترل بدون سنسور، استفاده از فیلتر کالمن گسترشیافته است که این راهکار برای کنترل سرعت در سرعتهای متوسط و بالا مناسب است اما در سرعت های پایین عملکرد ضعیفی دارد و همچنین بار محاسباتی زیاد و عدم روشی مشخص برای تعیین ماتریس کوواریانس از معایب این روش میباشد
در مرجع [3]، [4] و [5]، کنترل بدون سنسور موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی - IPMSM1 - بر اساس شار روتور گسترشیافته پیشنهاد شده که مقاوم بودن در شرایط مختلف از ویژگیهای این روش و حساس بودن به موقعیت تخمین زده و پدیده چترینگ از معایب این روش میباشد.
در مرجع [6] به روش مدل تطبیقی مرجع پرداختهشده است و در مرجع [7] از روش کنترل FUZZY-PI برای کنترل سرعت استفاده شده است که هرچند این روش از دینامیک بالایی برخوردار است ولی بهشدت به نویز حساس است.
در این مقاله یک الگوریتم کنترل برداری بدون سنسور برای PMSM ارائهشده است که تمام مشکلات فوقالذکر را برطرف می کند. موقعیت و سرعت روتور توسط یک مشاهدهگر مد لغزشی تخمین زده میشود و همچنین از کنترلر فازی نوع 2 برای کنترل حلقههای کنترلی استفادهشده است. در انتها عملکرد کنترلکنندهها با یکدیگر از طریق نتایج شبیهسازی مقایسه میشود. این نتایج به خوبی بهبود عملکرد سیستم با استفاده از روش کنترلی پیشنهادی را تایید میکند.
.2 مدل ریاضی PMSM
به منظور بدست آوردن مدل ریاضی PMSM مفروضات زیر در نظر گرفته میشود: از اثر اشباع مغناطیسی هسته روتور و استاتور، تلفات پسماند و جریان گردابی موتور صرفنظر میگردد. بهطورکلی موتور سنکرون در قاب مرجع ساکن - α-β - با توجه به این واقعیت که سرعت زاویهای و اطلاعات موقعیت موجود است مدل شده است
معادلات جریان پایه PMSM در چارچوب مرجع چرخان dq مطابق معادله - 1 - ارائه میشود:
در معادله - 1 - ، id ، iq ، ud و uq به ترتیب جریان و ولتاژ دستگاه مختصات چرخان سنکرون میباشد ; R وL به ترتیب مقاومت و اندوکتانس استاتور ; Pn وm به ترتیب تعداد جفت قطب موتور و شار روتور و r سرعت زاویهای مکانیکی موتور میباشد.
معادلات جریان PMSM در چارچوب مرجع ساکن - α-β - در معادلات - 2 - و - 3 - نشان دادهشده است:
در معادلات - 2 - و - 3 - ، iα ، iβ ، uα و uβ به ترتیب جریان و ولتاژ در دستگاه مختصات مرجع ساکن و e و سرعت زاویهای الکتریکی روتور و زاویه الکتریکی موتور میباشد. نیروی ضد محرکه الکتریکی در راستاهای و - 4 - و - 5 - قابل بیان هستند
با توجه به روابط بالا موقعیت روتور و سرعت تنها به نیروی ضد محرکه الکتریکی وابسته است. شکل موج نیروی ضد محرکه الکتریکی سینوسی فرض میشود که دامنه آن متناسب با سرعت روتور و فاز آن به موقعیت روتور وابسته میباشد.سیستم مختصات مرجع چرخان dq و سیستم مختصات مرجع ساکن - α-β - در شکل - 1 - نشان داده شده است.
.3 مشاهده گر مد لغزشی
در این بخش یک مشاهده گر مد لغزشی تخمین سرعت برای موتور PMSM بدون سنسور ارائه میگردد.
