بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک کنترلکنندهی مقاوم تطبیقی برای موقعیت موتورهای القایی در کاربردهای زمانواقعی با راندمان بالا پیشنهاد شده است. کنترلکنندهی مد لغزشی پیشنهادی یک ردیابی تقریبی از موقعیت موتور در حضور عدم قطعیت مدل و تغییرات گشتاور بار فراهم میکند. ساختار کنترلی پیشنهادی شامل یک قانون انطباقی برای بهرهی سوییچینگ میباشد، بنابراین این کنترلکننده میتواند مقدار بهرهی سوییچینگ را محاسبه نماید که برای غلبه بر عدم قطعیتهای موجود در سیستم لازم است.
طراحی انجام شده همچنین شامل یک ساختار مد لغزشی مبتنی بر گشتاور بار رویتگرهای شار روتور است که به منظور بهبود کارایی کنترل بدون استفاده از سنسورها تعبیه شدهاند چرا که سنسورها هزینه را افزایش داده و قابلیت اطمینان را کاهش میدهند. طراحی پیشنهادی نیازمند هزینهی محاسباتی بالا نمیباشد از این رو به آسانی در کاربردهای زمانواقعی قابل پیادهسازی میباشند. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهد که ساختار پیشنهادی دارای مشخصات دینامیکی با کارایی بالا میباشد که نسبت به تغییرات پارامترها و اغتشاشات بار خارجی مقاوم است.
مقدمه
موتورهای القایی به واسطهی کارایی مطلوب، اینرسی لحظهای اندک، ریپل اندک و گشتاور اولیهی بالا به صورت گستردهای در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. برای تنظیم موتورهای القایی در کابردهایی با کارایی بالا چندین روش کنترلی ارایه شده است که روش کنترل جهتدار میدان یکی از روشهای معروف میباشد
روش کنترل جهتدار میدان سیگنالهای کنترلی شار و گشتاور را برای موتور القایی با یکدیگر کوپل میکند اما کارایی کنترل از سیستم باز هم از عدم قطعیتهای موجود تاثیر میپذیرد. این عدم قطعیتها معمولا شامل تغییرات پیشبینی نشدهی پارامترها، اغتشاشات بار خارجی و دینامیکهای غیرخطی و مدلسازی نشده میباشد. بنابراین مطالعات زیادی بر روی درایوهای موتور انجام شده است تا کارایی موتور تحت این عدم قطعیتها حفظ گردد. از جملهی این مطالعات میتوان به کنترل پیشبین تطبیقی ، کنترل مقاوم ، کنترل فازی و کنترل گشتاور مستقیم اشاره کرد. کنترل مد لغزشی یک روش کنترلی مقاوم و غیرخطی است که میتواند بر عدم قطعیتهای مدل و اغتشاشات خارجی غلبه کند، بنابراین برای کنترل موتورهای القایی جذاب میباشد
کنترل موقعیت اغلب در برخی کاربردهای درایوهای الکتریکی مانند سیستمهای رباتیک مورد استفاده قرار میگیرد. در این کاربردها به طور معمول موتورهای DCبه واسطهی رفتار خطی آنها مورد استفاده قرار میگیرند، با این حال موتورهای القایی قفس سنجابی خصوصیات ساختاری مطلوبی از قبیل قابلیت اطمینان، کارایی بالا، استحکام، هزینهی اندک و نگهداری اندک مهیا میسازد که سبب میشود استفاده از موتورهای القایی برای این کاربردها جذابتر گردد. به واسطهی ساختار غیرخطی موتورهای القایی مشکلاتی پدید آمده است که باید با استفاده از کنترل کننده های پیچیدهی بیشتری حل گردند
در کاربرهای یادشده عدم قطعیت و اغتشاشات خارجی نیز حضور دارند، بنابراین یک سیستم کنترلی مقاوم که کارایی کنترلی را در سطح مطلوبی حفظ کند، نیاز است. در این زمینه در سالیان گذشته، کنترل مد لغزشی برای کنترل موقعیت موتورهای القایی مورد توجه زیادی قرار گرفته است
در مرجع - Veselic et al., 2008 - مسالهی کنترل موقعیت موتورهای القایی با استفاده از کنترل مد لغزشی زمان گسسته مورد مطالعه قرار گرفت. علاوه بر این نویسندگان میبایست بهرهی سوییچینگ و ردیابی بر اساس عدم قطعیتهای سیستم را انتخاب کنند تا بتوانند همگرایی صفحهی لغزشی را بیابند. در این مقاله همچنین موقعیت زاویهای بردار شار روتور با استفاده از تخمین لغزش در یک سیستم حلقهباز حساس به عدم قطعیتهای پارامترها محاسبه گردید. در این راستا شماتیک کنترلی با استفاده از رویتگر شار روتور برای محاسبهی موقعیت زاویهای بردار شار روتور بهبود پیدا کرد. در مرجع - Barambones et al., 2012 - ساختار کنترلی مقاومی برای موقعیت موتورهای القایی مهیا شده است. در این ساختار از رویتگر Luenberger استفاده شده است که به عدم قطعیتهای مدل حساس میباشد.
از سویی دیگر، استفاده از سنسورها هزینهی سیستمهای کنترلی را افزایش داده و قابلیت اطمینان آنها را کاهش میدهد چرا که المانهای آنها به طور کلی گران، ظریف و قابلیت نصب دشواری دارند. بنابراین در نظر گرفتن این معضلات باید منجر به کاهش تعداد سنسورهای سیستم گردد به تازگی تخمینگرهای جدیدی برای موتورهای القایی پیشنهاد شده است
در مرجع - Orlowska-Kowalska & Dybkowski, 2010 - جریان استاتور اندازهگیری شده برای موتور القایی از سیگنال مرجعی استفاده میکند که جریان استاتور تخمینزده شده به وسیلهی مدل جریان - ولتاژ استاتور مقایسه شده است. در این مرجع شار روتور با استفاده از مدل جریان شار روتور بدون هر گونه اصلاح-کننده محاسبه میگردد تا عدم قطعیتهای مدل جبران شود.
در مرجع - Jafarzadeh et al., 2012 - یک تخمینگر حالت درایوهای موتورهای القایی با استفاده از فیلتر کالمن بدون بو پیشنهاد شده است. فیلتر کالمن پیشنهادی هزینهی محاسباتی بالایی دارد که برای پیادهسازی رویتگر در کاربردهای تجاری به صرفه نمیباشد. برای غلبه بر معضلات یادشده، در این مقاله یک رویتگر مد لغزشی پیشنهاد شده است. این رویتگر بر خلاف رویتگرهای پیشنهادی در مراجع ; Xu Qiao et al., 2013 - - & Rahman, 2012 ترکیبی از ترم خطای جریان تناسبی میباشد که برای کاهش مقدار بهرهی لغزشی رویتگر بهبود رفتار رویتگر پیشنهاد شده است. علاوه بر این رویتگر پیشنهادی هزینهی محاسباتی اندکی دارد بنابراین برای پیادهسازی برای کاربردهای زمانواقعی در موتورهای القایی مناسب است.
در این مقاله یک ساختار رویتگر - کنترلکننده که ترکیبی از کنترل موقعیت مقاوم تطبیقی و تخمینگر گشتاور بار و شار روتور برای کاربردهای موتورهای القایی با کارایی بالا پیشنهاد شده است. شماتیک کنترلی کلی هزینهی محاسباتی بالایی ندارد، بنابراین با استفاده از فرآیندهای ارزان قابل پیادهسازی در کاربردهای زمانواقعی میباشد.
