بخشی از مقاله
خلاصه : امروزه استفاده از سروموتورهاي سنکرون به خاطر مزیت هاي نسبی آنها که در کنترل سرعت و موقعیت دقیق نسبت به دیگر موتورها دارند مورد توجه قرار گرفته است و همین امر باعث شده تا روشهاي کنترلی کشتی ها و دیگر وسایلی که نیاز به کنترل هاي دقیق دارند مورد استفاده قرار می گیرند. در حقیقت مزیت این موتورها جایگزین شدن سیم پیچ تحریک ،منبع تغذیه dc و رینگ هاي لغزان با مواد مغناطیس طبیعی به عنوان یک تحریک دائم است. این مقاله کاربرد کنترل کننده فازي مبنی بر الگوریتم ژنتیک - GFLC - براي کنترل سرعت موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی را بررسی می کند..GFLC پیشنهادي بار محاسباتی کمتري در بر دارد که آنرا مناسب براي اجرا در زمانهاي حقیقی می سازد .
پارامترهاي این GFLC بوسیله الگوریتم ژنتیک - - GA تنظیم شده اند. بازده درایو IPMSM مبنی بر GFLC برنامه ریزي شده بوسیله شبیه سازي در شرایط کار گوناگون بررسی شده است .کنترل کننده پیشنهادي با یک کنترل کننده PI متداول نیز مقایسه شده است تا برتري کنترل کننده برنامه ریزي شده را نشان دهد.GFLC پیشنهادي در درایوهاي صنعتی با قدرت کارایی بالا به کار برده می شود.
-1 مقدمه
در سیستم هاي کنترل ، محرکها جهت رساندن یک شیئی به سرعت مورد نظر یا موقعیت مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرند. این محرك ها اغلب ماشینهاي DC و AC ، پله اي ، موتور سیلندر هیدرولیک هستند که بوسیله درایو ها کنترل می گردند . هر چه این ماشینها به همراه درایو ها یشان از نظر قیمت ، حجم ، مشکلات تعمیر و نگهداري و پاسخ هاي نرم و سریع ، در موقعیت بهتري قرار گیرند استفاده از آنها توجیه DC کنترل نمود تمامی مزایاي یک ماشین DC را از نظر کنترلی دارا می باشد از طرفی چون بروي روتور آنها مغناطیس دائم قرار گرفته است و هیچ سیم پیچی را روي روتور ندارند نیاز به سیم پیچ تحریک و جاروبک ندارند و در نتیجه از نظر تعمییر ، نگهداري ، میزان استهلاك در موقعیت بهتري نسبت به ماشین DC قرار می گیرند .
این موتور ها از قدرت هاي کم تا قدرت هاي زیاد ساخته می شوند و بنابراین مزیت آنها نسبت به ماشین DC افزون تر می گردد . این موتور ها با سرعت 6000 دور بر دقیقه ساخته شده اند. از این نوع موتورها در صنایع نساجی براي کنترل فرآیند ها ي مختلف ، روباتها ، اسباب بازیها و دیگر وسایلی که نیاز به کنترل در سرعت و موقعیت با گشتاور را اندازي زیاد و بازیافت سریع از هر نوع اغتشاش و غیر حساس بودن به تغییر پارامتر دارند ، استفاده می گردد. رفتار دینامیکی یک موتور AC با استفاده از فرضیه کنترل برداري توصیف می شوند . بطوریکه سرعت و گشتاور بطور جداگانه کنترل می شوند.
بوسیله کنترل برداري جه ت خطی نمودن تناسب مستقیم گشتاور نسبت به جریان و استفاده از این خاصیت که د رموتور DC نیز وجود دارد ، جهت گشتاور در راه اندازي زیاد و کنترل دقیق موتور، استفاده از این نوع کنترل را پیشنهاد می کند. این نوع کنترل برروي موتور مغناطیس دائم از نوع داخلی با استفاده از شارژ دور نتیجه رتورو استاتور جوابهاي مناسبی را به ما ارائه می دهد. بطور معمول ، موضوعات کنترل بوسیله کنترل کننده PI ،PID متداول و کنترل کننده هاي تطبیقی گوناگون مانند کنترل کننده تطبیقی مرجع1 ،کنترل کننده مد لغزشی2 ،کنترل کننده با ساختار متغیر3 و .... کنترل می شوند.
در هر حال مشکلات در بدست آوردن دقیق پارامتر هاي مقاومت ظاهري محورهاي d-q ، طرح پیچیده اي براي این نوع کنترل کننده ها را در بر دارد. علاوه بر این به دلیل بهره غیر قابل تغییر کنترل کننده هاي PI و PID معمول در زمان تغییر سرعت ، تغییر پارامترها و اغتشاش بار،حساسیت بوجود می آورند.[1] همچنین کنترل سرعت دقیق IPMSM موضوع پیچیده اي است . به دلیل طبیعت غیر خطی IPMSM یک کنترل کننده هوشمند با توجه به کنترل سرعت دقیق سیستم هاي با عملکرد بالا مورد تقاضاي بسیار قرار می گیرد.
بدین منظور یک کنترل کننده منطق فازي 4 - FLC - جدید و ساده پیشنهاد می شود. استفاده از شبیه سازي بوسیله کامپیوتر باعث می شود که بتوان بروي فرآیند کنترلی یک پیش مطالعه اي داشت و ضرایبی را که نیاز است، با استفاده از این شبیه سازي تنظیم نمود.همچنین یک پیش بینی از پاسخ گویی سیستم می تواند ما را در جهت تکمیل نمودن فرآیند کنترل کمک نماید. مشاهده نتایج شبیه سازي ما را از مزیت ها و معایب نسبی این نوع کنترل نسبت به دیگر انواع کنترل ها با خبر می سازد و احیانا آنچه را که در مرحله تحلیل از ذهن غایب مانده است نمایان می سازد.
موضوع اصلی این رساله اینست که یک FLC جدید براي IPMSM که بار محاسباتی بالایی دارد معرفی کند که می تواند طبیعت غیر خطی IPMSM را پوشش دهد و همچنین از الگوریتم ژنتیک 5 - GA - براي تنظیم پارامترهاي FLC استفاده می شود، نمونه IPMSM مبنی بر GFLC برنامه ریز ي شده بوسیله شبیه سازي در متلب در شرایط کار دینامیک مختلف بررسی شده است. در تایید برتري کنترل کننده برنامه ریزي شده پیشنهادي یک مقایسه با یک کنترل کننده PI متداول نیز ارائه شده است.
تاکنون مقالات متعددي در رابطه با ماشین سنکرون مغناطیس دائم ارائه گردیده است. همچنین کنترل هاي مختلفی برروي آن مورد بررسی قرار گرفته است . کنترل برداري که امروزه به عنوان روشی جهت کنترل موتورهاي متناوب - AC - پذیرفته شده است، ابتدا در آلمان توسط آقاي Blaschke مطرح شد. در این روش از پسخور سیگنال ها استفاده می شود. که آن را کنترل برداري مستقیم می نامند. پس از آن کنترل برداري غیر مستقیم توسط آقاي Hasse مطرح گردید که از پیشخور سیگنال ها استفاده می کند.
استفاده از کنترل برداري براي کنترل سرعت با پحش فضایی سینوسی به همراه اینورتر ولتاژ مورد بحث قرارگرفته است.کنترل سرعت برروي ماشین مغناطیس دائم سطحی با پخش ذوذنقه اي با اینورتر ولتاژ از نوع PWM و هیسترزیس نیز تحت مطالعه قرارگرفته است. روشهاي کنترلی متفاوتی براي کنترل IPMSM وجود دارند که در سالهاي اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. از جمله آنها کنترل مستقیم گشتاور یا 6DTC می باشد .[6]-[2]
استفاده از منطق فازي در کنترل سرعت این نوع ماشین نیز مورد بررسی قرار گرفته است .کنترل کننده فازي جهت کنترل سرعت بوسیله ي کنترل کننده جریان فازي پیشخور نیز به منظور کنترل درایو IPMSM براي کار در درایو ها با عملکرد بالا مورد مطالعه قرار گرفت . [7] کنترل کننده فازي مبنی بر فیلتر تطبیقی ارائه شده است که در آن فیلتر تطبیقی براي یک کنترل کننده فازي براي کنترل سرعت درایو IPMSM براي کم کردن ریپل گشتاور بررسی شده است.فیلتر حلقه باز براي دادن پاسخ سریع تر استفاده شده است.[8]
کنترل سرعت و موقعیت ماشین PMSM نیاز به داشتن موقعیت رتور در هر لحظه دارد. براي فراهم نمود ن ترکیب مناسب روشن کردن کلیدها و کموتاسیون آنها داشتن موقعیت رتور الزامی می باشد. براي داشتن موقعیت رتور دو راه وجود دارد. اول آنکه از فیدبک مستقیم گرفته شده از موتور استفاده کنیم و راه دیگر آنکه بدون سنسور موقعیت رتور تخمین زده شود. کارهاي متعددي به منظور کنترل سرعت موتور IPMSM بدون سنسور انجام شده است .[14]-[9]
تضعیف فلوي فاصله هوایی جهت افزایش رنج سرعت در توان ثابت از دیگر کوشش ها بوده است ، که بدین منظور بایستی براي جلوگیري از عکس العمل مغناطیسی آرمیچر ، id در سرعت هاي زیر پایه صفر و در بالاي سرعت پایه صفر و در بالاي سرعت پایه منفی گردد. در این میان محدودیت هاي خود درایو و پارامتر هاي ماشین نیز مد نظر قرارگرفته شده اند.
ابزار ریاضی براي یک کنترل کننده فازي - FLC - بر اساس نظریه فازي زاده معرفی شده است.[15 ] در سالهاي اخیر نتایجی برروي استفاده از الگوریتم هاي فازي براي مد سازي سیستم و کاربردهاي کنترل بدست آمده است.[16] اخیرا چندین کار در کاربرد FLC موتورهاي بدون جاروبک dc، القایی، IPMSM و موتور هاي رلوکتانسی صورت گرفته است .[16]
جهت بهینه کردن مقادیر مختلف پارامترهاي موتور روشهاي مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است [17] ، . [18] از جمله الگوریتم ژنتیک وسیله اي است که براي بهینه سازي می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. در [19] ، معادلات حالت غیر خطی موتور بوسیله ي GA براي تخمین پارامترهاي نامعلوم استفاده شده است که بعد از چندین بار تکرار به مقادیر صحیح می رسد.
مرجع [16] اجراي یک FLC روي IPMSM ارائه می دهد که در آن کار FLC یک نمونه پیچیده با توابع عضویت زیاد است و به همین دلیل بیشترین فرکانس قابل دسترس به 5khz محدود شده است. در کار حاضر FLC پیشرفته ، ساده و موثر و مفید براي اجرا در زمان حقیقی است . بطوریکه فقط یک تابع عضویت براي هر دو ورودي دارد و متغیر خروجی هیچ تابع عضویتی ندارد. بنابراین فرکانس نمونه برداري بدست آمده 10khz خواهد بود. از این گذشته الگوریتم ژنتیک - GA - براي تنظیم پارامتر هاي FLC استفاده می شود. که این روش ، روش علمی تري از شیوه سعی و خطاي استفاده شده در مرجع [16 ] می باشد.
-2 مدل درایو IPMSM
معمولا موتور سنکرون زمانیکه با یک منبع فرکانس ثابت تامین می شود ، قادر به شروع خودکار نیست .گشتاور استارت در درایوIPMSM که در این تحقیق استفاده می شود بوسیله رتور سیم پیچ قفسه – سنجابی ایجاد شده است. فرآیند استارت درایوIPMSM می تواند بصورت دو حالت عملکرد تداخلی بررسی شود. -1 حالت موتور آسنکرون نامتفارن-2 حالت ژنراتور آسنکرون مغناطیس برانگیخته .بنابراین اگر بخواهیم فرآیند دستیابی به سنکرون سازي را امتحان امتحان کنیم ،تاثیر سیم پیچ هاي رتور کوتاه شده را مورد بررسی قرارمی گیرد.اگرچه مدل معادلات - - 1 تا - 3 - رفتارآسنکرون درایو IPMSM را توصیف نمی کند.
-3 قانون کنترل
هدف خاص این مقاله بدست آوردن ولتاژهاي کنترل IPMSM به منظور رسیدن به ردیابی سرعت با عملکرد بالا می باشد. بر اساس مدل موتور که در معادلات - 1 - تا - 3 - داده شده است، بوسیله کنترل ثابت هاي جریان محورهاي d-q می توانیم به کنترل سرعت برسیم .
