بخشی از مقاله
خلاصه: براي کاربردهایی با سرعت هاي مستقل از بار یا عملکرد سنکرون با دقت بالا از موتورهاي سنکرون مغناطیس دائم - PMSM - استفاده می شود. در این مقاله ساختار و روابط PMSM، کنترل مستقیم گشتاور - - DTC بررسی شده و سپس تخمین زننده سیستم وفقی مدل مرجع - MRAS - مورد مطالعه قرار می گیرد. DTC با انتخاب بردار ولتاژ مناسب براساس وضعیت سوئیچینگ اینورتر که توسط اختلاف بین مقدار مرجع و اندازه گیري شده شار و گشتاور تعیین می شود اجرا می شود.
MRAS یکی از محبوب ترین کنترل بدون سنسور درایوهاي AC می باشد. کنترل کننده ي PI از فیدبک سرعت تخمین زننده استفاده می کند و کنترل سرعت بدون سنسور PMSM بر اساس روش DTC توسط MRAS را انجام می دهد. نتایج شبیه سازي توسط نرم افزار MATLAB/Simulink نشان می دهد که سرعت با دقت بالا تخمین زده شده و پاسخ گشتاور بسیار سریع می باشد.
- 1 مقدمه
PMSM یک موتور AC است که سیم پیچ هایی در شیارهاي استاتور دارد. شار توسط جریان هاي استاتور تولید می شود و تقریبا به صورت سینوسی است. مغناطیس ها بر روي روتور به دو صورت زیر قرار می گیرند:
الف. قرارگرفتن آهنرباها بر روي سطح روتور - - SPMSM ب.قرارگرفتن آهنرباها داخل روتور به صورت شعاعی یا مدور - - IPMSM همان روش هاي کنترلی مورد استفاده موتور القائی مثل کنترل V/f، کنترل برداري میدان و کنترل مستقیم گشتاور براي موتورهاي سنکرون مغناطیس دائم نیز استفاده می شود. این موتورها در وسایل الکتریکی خانگی، کارخانه هاي بافندگی، موتور هاي کشتی، صنایع شیشه، سیستم حمل و جابجایی، روباتیک و پله برقی استفاده می شوند.
اصل اساسی DTC، انتخاب مستقیم بردارهاي ولتاژ استاتور بر اساس تفاوت بین گشتاور واقعی و مرجع و همچنین شار واقعی و مرجع است.
حسن کنترل مستقیم گشتاور وابستگی کمتر به پارامترهاي موتور و پاسخ گشتاور سریع در مقایسه با کنترل گشتاور توسط کنترل جریان PWM می باشد.[1] سنسور موقعیت با کیفیت بالا یکی از ضروري ترین اجزاء ساختمان درایو است که در صنعت و وسیله نقلیه بکارگرفته می شود. اما در سنسور موقعیت مکانیکی، حجیم شدن آن و به راحتی خراب شدن در محیط خشن را پیشرو داریم.
در طی سالهاي اخیر درایو بدون سنسور PMSM توسط تکنیک هاي زیادي مطرح می شوند که تخمین سرعت و موقعیت روتور را انجام دهند، مثل تخمین زننده ي موقعیت مبتنی بر نیروي ضد محرکه تخمین زننده ي حلقه باز با استفاده از ولتاژها و جریان هاي استاتور الکتریکی، ، تخمین زننده ي سرعت و موقعیت روتور مبتنی بر مشاهده، تخمین زننده ي MRAS ، تزریق سیگنال فرکانس بالا و هوش مصنوعی. در این مقاله طرح سیستم وفقی مدل مرجع - MRAS - را ارائه می کنیم که در PMSM از خودش به عنوان مدل مرجع براي تخمین سرعت موتور استفاده می کند.[2]
– 2 معادلات موتور سنکرون مغناطیس دائم
بردار جریان استاتور در سیستم مرجع شار روتور - dq - بصورت id و iq است و گشتاور الکترو مغناطیسی وابسته به این بردارها می باشد.
– 3 کنترل مستقیم گشتاور
کنترل مستقیم گشتاور یک تکنیک بدون سنسور است که موتور بدون نیاز به سنسور مکانیکی نصب شده بر روي شافتش کار می کند. براي کنترل گشتاور و شار بدون تغییر پارامترهاي موتور و بار مناسب می باشد. در این روش شار استاتور و گشتاور مستقیما توسط دو کنترل کننده هیسترزیس کنترل می شود .[6]-[4] بلوك دیاگرام کنترل مستقیم گشتاور موتور سنکرون مغناطیس دائم در شکل 1 نشان داده شده است و ساختار اینورتر ولتاژ استفاده شده در شکل 2 نشان داده شده است. در آن واحد تنها یکی از کلید هاي روي هر ستون روشن است.[4]
بردار فضائی ولتاژ براي کنترل دامنه شار مغناطیسی استاتور وابسته به جدول سوئیچینگ مشخص هستند. دو بردار ولتاژ مجاور که حاصل کمترین فرکانس سوئیچینگ هستند، براي افزایش یا کاهش دامنه انتخاب می شوند. جدول سوئیچینگ توسط تقسیم صفحه بردار ولتاژ به شش قسمت شکل می گیرد که در جدول 2 نشان داده شده است.
موقعی که شار مغناطیسی استاتور در جهت عقربه هاي ساعت در جهت 1 حرکت کند، بردار فضائی ولتاژ انتخاب می شود تا دامنه شار مغناطیسی استاتور را افزایش دهد و بردار فضائی ولتاژ انتخاب می شود تا دامنه را کاهش دهد. موقعی که شار مغناطیسی استاتور در جهت عقربه هاي ساعت حرکت می کند، اگر هنوز در قسمت 1 حرکت می کند، براي افزایش دامنه و براي کاهش دامنه مورد استفاده قرار می گیرد.
این جدول به صورتی تنظیم شده که در هر قسمت برداري را انتخاب می کند بر حسب نیاز شار و گشتاور جداگانه کم یا زیاد شوند. مثلا در سکتور یک، بردارهاي V1,V2,V6 شار را افزایش می دهند و بردار هاي V3,V4,V5 شار را کاهش می دهند. بردارهاي V2,V3 گشتاور را افزایش می دهند و بردارهاي V5,V6 گشتاور را کاهش می دهند. حال در سکتور یک اگر بخواهیم شار و گشتاور را زیاد کنیم V2 را استفاده می کنیم. اگر بخواهیم شار را زیاد و گشتاور را کم کنیم از V6 استفاده می کنیم. اگر بخواهیم شار را کم و گشتاور را زیاد کنیم V3 را بکار می بریم. اگر بخواهیم شار و گشتاور را کم کنیم از V5 استفاده می کنیم.
– 4 سیستم وفقی مدل مرجع
موقعی که موتور راه اندازي می شود پارامترهایش تغییر خواهد کرد و عملکرد دینامیکی بدي پیدا می کند. کنترل وفقی می تواند این مشکل را برطرف کند. سیستم وفقی مدل مرجع یک کنترل کننده وفقی مهم است.[12] سرعت روتور در روابط - 1-2 - موجود است، که نشان دهنده وابستگی جریان استاتور با سرعت روتور است.
