بخشی از مقاله
خلاصه: PMLSM که با روش کنترل مستقیم نیروي پیشرانه DTC درایو میشود ارائه شده است. در این روش بدون آنکه تغییري در ساختار روش DTC کلاسیک ایجاد شود که باعث پیچیدگی آن در اجرا گردد، عیب اصلی این روش که وجود ریپل هاي بزرگ گشتاور است، تاحدود زیادي جبران شده است. بدون آنکه مزیت اصلی روش DTC که همانا سادگی ساختار آن است، از بین برود. در این روش، به جاي آنکه یک بردار ولتاژ غیر صفر به طور کامل در طول یک دوره ي کنترل - دوره ي نمونه برداري - به موتور اعمال شود، شیب افزایشی و شیب کاهشی گشتاور موتور پیش بینی می گردد. و با در نظر گرفتن این شیب ها یک استراتژي مدولاسیون بردارهاي ولتاژ غ بردارهاي ولتاژ صفر در طول یک دوره ي کلیدزنی و جهت کمینه سازي معادله ي مقدار موثر ریپل گشتاور ارائه می گردد.
- 1 مقدمه
در موتورهاي خطی، حرکت خطی مستقیما توسط نیروي الکترومغناطیسی ایجاد میگردد. لذا جهت اجراي یک درایو مناسب، کنترل دقیق نیروي الکترومغناطیسی لازم میباشد. یکی از انواع اصلی موتورهاي خطی، موتورهاي سنکرون مغناطیس دائم خطی - PMLSM - هستند. دراین موتورها، میدان روتور توسط آهنرباهاي دائم تولید میشود. این موتورها در زمینه هاي مختلفی که به کنترل دقیق حرکت نیازمند هستند مورد استفاده قرار میگیرند.
سیستم هاي اتوماسیون صنعتی یکی از میدانهاي اصلی استفاده از این موتورهاست. مانند: ماشین هاي ابزار، روبوتهاي جوشکاري، سیستم هاي حکاکی با لیزر، سیستم هاي صنعتی برش لیزري و روبوت هاي صنعتی.[1 -4] در حال حاضر روش کنترل مستقیم گشتاور - DTC - روش اصلی و متداول در کنترل موتورهاي AC دوار میباشد. این روش در مورد درایو موتورهاي خطی نیز بسط داده شده است. و کنترل مستقیم نیروي پیشرانه - DTC - یا - DTFC - نامیده می شود.[5-11] از این پس در این مقاله منظور از روش DTC کنترل مستقیم نیروي پیشرانه - DIRECT THRUST CONTROL - میباشد.
روش کنترل مستقیم نیروي پیشرانه داراي فوایدي همچون ساختار ساده جهت اجرا، عدم نیاز به تبدیلات مختصات و تولید PWM و وابستگی کم به پارامترهاي موتور می باشد. همین فواید باعث شده است که روش DTC به طور بسیار گسترده در میدان صنعت و تحقیقات مورد توجه قرار گیرد. اما این روش داراي ایراداتی نیز می باشد. یکی از این ایرادات، فرکانس کلیدزنی متغیر است. که علت آن وجود مقایسه کننده هاي هیسترزیس شار و نیرو است .[12] و ایراد دوم وجود ریپل هاي بزرگ نیرو میباشد.
وجود ریپل هاي بزرگ نیرو، عیب اصلی روش کنترل مستقیم نیروي پیشرانه می باشد. به همین دلیل از زمان معرفی روش DTC، تحقیقات متعددي جهت حل این مشکل انجام شده است. به طور اساسی وجود ریپل بزرگ نیرو در روش DTC به علت وجود مقایسه کننده هاي هیسترزیس و محدودیت تعداد بردارهاي ولتاژ در دسترس جهت جبران خطاهاي شار و نیرو میباشد. بدین صورت که در روش DTC کلاسیک 6 بردار ولتاژ غیر صفر وجود دارد. اما جهت جبران دقیق خطاهاي نیرو، بایستی سیستم کنترل توانایی تولید هر بردار ولتاژي را داشته باشد.
یک روش جهت رسیدن به این توانایی، استفاده از تکنیک مدولاسیون بردار فضایی است. که البته باعث پیچیدگی روش کنترل میگردد. و فایده ي اصلی روش DTC که همانا سادگی ساختار آن است را از بین می برد. به طور کلی استراتژي استفاده از یک جدول کلیدزنی به علت سادگی در اجرا و عدم نیاز به تکنیک هاي مدولاسیون پیچیده، بیشتر از بقیه ي استراتژي هاي بکار رفته در مورد روش DTC، مورد توجه و تحقیق قرار گرفته است.
در این مقاله روشی ارائه می شود که مشکل عدم دسترسی به بردارهاي ولتاژ متعدد و دلخواه را در DTC کلاسیک حل میکند. بدون آنکه نیازي به تکنیک هاي پیچیده ي مدولاسیون مانند مدولاسیون بردار فضایی باشد. بنابراین در این روش حسن اصلی روش DTC که ساختار ساده ي آن است حفظ میگردد. در روش ارائه شده از همان جدول ساده ي کلیدزنی در روش DTC کلاسیک استفاده میگردد. بردار ولتاژ بهینه، متناسب با خطاهاي شار و نیرو از جدول کلیدزنی انتخاب می شود. و سپس مدت زمان مناسب جهت اعمال آن به موتور با در نظر گرفتن شرط کمینه ي مقدار موثر ریپل نیرو محاسبه می گردد. و مابقی زمان یک دوره ي نمونه برداري، بردار ولتاژ نول به موتور اعمال می گردد.
2 تشریح سیستم کنترل پیشنهادي:
در این قسمت یک استراتژي جدید، براي کاهش ریپل نیرو در یک موتور سنکرون مغناطیس دائم خطی درایو شده توسط روش DTC به طور کامل شرح داده می شود. این روش مشابه با روش اجرا شده جهت کاهش ریپل گشتاور در مورد موتور القایی میباشد که در مرجع [13] ارائه شده است.
الف - مدل ریاضی موتور مغناطیس دائم سنکرون خطی: بردار شار استاتور Φs و بردار شار روتور - آهنرباي دائم - Φm را میتوان در قاب هاي مرجع شار روتور - dq - ، شار استاتور - xy - و قاب مرجع ثابت - DQ - نمایش داد .[13] این 3 قاب مرجع در شکل - 1 - نشان داده شده اند.
ب - استراتژي کاهش ریپل نیروي الکترومغناطیسی
با انتخاب بردارهاي ولتاژ با توجه به خطاهاي شار و نیروي الکترومغناطیسی، میتوان شیب تغییرات نیرو را از معادلات - 11 - و - 12 - پیش بینی نمود. سپس زمان اعمال بردار ولتاژ غیر صفر را میتوان به گونه اي محاسبه نمود که شرط کمینه شدن مقدار موثر ریپل نیرو ارضاء شود. بدین ترتیب میتوان به مقدار کمینه ي ریپل نیرو دست یافت. با توجه به کوچک بودن زمان یک دوره ي نمونه برداري، میتوان این شیب هاي پیش بینی شده را ثابت فرض نمود.
زیرا که دینامیک شار و نیرو نسبت به زمان کوچک ts کندتر است.شکل شماره ي - 2 - تغیرات نیرو در یک دوره ي نمونه برداري را با اعمال بردار ولتاژ صفر و بردار ولتاژ غیر صفر نمایش می دهد. میتوان دید که در صورت اعمال بردار ولتاژ غیر صفر در کل زمان یک دوره ي نمونه برداري، مقدار نیرو داراي ریپل زیادي خواهد شد. بنابراین کارآمدي و تاثیر این روش در کاهش ریپل نیرو به وضوح نمایان است.
