بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی کنترل پیشبین موتور سوییچ رلوکتانس میپردازیم، از آنجا که کنترلکننده پیشبین شیوه کنترلی بر اساس مدل سیستم میباشد مدلی که در نظر میگیریم یک مدل خطی محلی نروفازي است که دلیل انتخاب این مدل آن است که در هر لحظه با بکارگیري این مدل یک مدل خطی محلی از سیستم بدست میآوریم و با بکارگیري این مدل خطی محلی طراحی کنترلکننده پیشبین جهت این سیستم غیرخطی به طراحی کنترلکننده براي یک سیستم خطی در هر
لحظه تبدیل میگردد، از طرفی با ایجاد تغییراتی در تابع هدف کنترلکننده پیشبین به کموتاسیون در موتور دست مییابیم.
-1 مقدمه
موتور SR1 سیستمی کاملاً غیر خطی است که با توجه به مزایایی از قبیل سادگی ساختار، قابلیت اطمینان بالا و قیمت پایین انتخاب مناسبی جهت درایورهاي کنترل سرعت میباشد. این موتور قابلیت تولید گشتاور بالا در سرعتهاي پایین را داراست. گشتاور الکتریکی تولید شده توسط این موتور تابعی غیرخطی از موقعیت روتور و جریان فاز میباشد .[1]
در دهههاي اخیر پژوهشهاي دانشگاهی و صنعتی فراوانی روي موتور سوییچ رلوکتانس انجام گرفته است، این تحقیقات بیشتر در آمریکا، انگلیس و تعدادي از کشورهاي دیگر بوده است. دلیل اصلی این علاقه ناشی از تقاضاي بازار براي موتورهاي با سرعت متغیر در کاربردهاي خانگی و صنعتی است. این کاربردها شامل وسایل خانگی، تهویه مطبوع، ابزارهاي دستی، هواکشها، موتورهاي پمپ و خودرو و قطار و اخیراً صنایع هوایی میباشد که کاربرد آن بعنوان یک موتور/ژنراتور 30 کیلو وات در هواپیما میباشد .[2] اگرچه این ماشین از خانواده ماشینهاي سنکرون است ولی داراي بعضی خصوصیات متمایز جدیدي است.
سیمپیچی روي
قطبهاي استاتور این ماشین مشابه موتور DC است و هیچ آهنربا یا سیمپیچی روي روتور ندارد. استاتور و نیز روتور به صورت قطب برجستهاند و بنابراین به این ماشین دو قطب برجسته1 میگویند. کنترل پیشبین شیوهاي است که در آن بر پایه مدلی از سیستم به طراحی کنترلکننده میپردازیم. طراحی کنترلکننده پیشبین بدین گونه است که در هر لحظه با استفاده از مدل سیستم خروجی آینده سیستم با توجه به وروديهاي آینده و گذشته سیستم مشخص میگردد و سپس با مینیمم نمودن تابعی با عنوان تابع هدف وروديهاي آینده را تعیین مینماییم. تابع هدف به صورت تابعی از تفاضل خروجی سیستم با یک خروجی مطلوب به همراه جملاتی از سیگنالهاي کنترلی در نظر گرفته میشود .[3]
در این مقاله امکان و مزایاي کنترل پیشبین غیرخطی موتور SR مورد پژوهش قرار گرفته است. همانطور که ذکر شد موتور سوییچ رلوکتانس سیستمی کاملاً غیرخطی است و این خاصیت غیرخطی باعث خواهد شد که در طراحی کنترلکننده در مرحله مینیمم سازي تابع هدف دچار مشکل شویم زیرا مینیمم سازي تابعی غیرخطی نیازمند روش بهینهسازي غیرخطی2 میباشد، ولی از آنجا که روش یاد شده روشی زمانبر است جهت پیاده سازي به صورت برخط قابل استفاده نخواهد بود.
بنابراین در این مقاله با استفاده از یک مدل نروفازي خطی محلی در هر لحظه مدلی خطی محلی از سیستم بدست آوردهایم و طراحی کنترلکننده را به طراحی کنترلکنندهاي خطی تبدیل ساختهایم و قابلیت پیادهسازي به صورت برخط حاصل شده است. در بخش دوم به مدلسازي موتور میپردازیم و در بخش سوم به طراحی کنترلکننده پیشبین جهت یک موتور سه فاز پرداخته خواهد شد.
مینیممسازي دچار مشکل خواهیم شد زیرا پروسه مینیممسازي غیرخطی بسیار زمانبر است و در پیاده سازي عملی قابل استفاده نخواهد بود. در این بخش به مدلسازي موتور سوییچ رلوکتانس میپردازیم، مدلی که از یک طرف بیانگر رفتار سیستم و از طرف دیگر قابل استفاده در طراحی کنترلکننده باشد. شیوه مدلسازي که در نظر گرفته شده بر پایه مدل نروفازي خطی محلی استوار است.
این شیوه مدلسازي در شکل 1 نشان داده شده است، هر نرون نشان دهنده یک مدل خطی محلی به همراه یک تابع اعتبار است که این تابع اعتبار نشان
دهنده محدودهاي است که این مدل خطی محلی در آن بیانگر رفتار سیستم میباشد. در این مدلسازي مدل کامل سیستم به مدلهاي کوچکتري تقسیم میشود که این مدلهاي کوچکتر را به صورت خطی در نظر میگیریم.
قدرت این مدلسازي در نحوه تقسیم مدل کلی سیستم به مدلهاي کوچکتر میباشد، مدلسازي موتور سوییچ رلوکتانس به روش نروفازي خطی محلی در [4] به صورت مبسوط شرح داده شده است. مدلسازي خطی محلی نروفازي بر پایه الگوریتمی با عنوان لولیمات[5]3 استوار است نتایج مدلسازي در زیر آورده شده است، شکل 2 مدل خطی محلی نروفازي و شکل 3 دادههاي ورودي خروجی سیستم را نشان میدهد.
-2مدلسازي موتور سوییچ رلوکتانس
همانطور که گفته شد کنترل پیشبین شیوه کنترلی است که در آن جهت طراحی کنترلکننده مدلی از سیستم مورد استفاده قرار میگیرد، از طرفی میدانیم این موتور، سیستمی کاملاً غیرخطی است.
-3 طراحی کنترلکننده پیشبین
موتوري که در اینجا به عنوان سیستم در نظر گرفته شده است موتوري سه فاز میباشد که داراي چهار قطب روتور و شش قطب استاتور است.
-1-3 طراحی کنترلکننده پیشبین با استفاده از یک فاز
در طراحی کنترلکننده پیشبین براي موتور نخستین انتخاب و سادهترین انتخاب این است که کنترلکننده را براي یک فاز موتور طراحی کنیم و سپس با تعیین فاز مناسب در هر لحظه و اعمال سیگنال کنترلی به کنترل سیستم بپردازیم. شبیهسازي مربوط به این روش در شکل 4 و 5 آورده شده است. همانطور که در این شکلها مشاهده میشود پس از اینکه خروجی سیستم به مقدار مطلوب رسید از آن گذر مینماید و این در حالی است که سیگنال کنترلی پیش از رسیدن خروجی سیستم به مقدار مطلوب صفر شده است.
-2-3 طراحی کنترلکننده با استفاده از دو فاز
با توجه به توضیحات فوق و شبیهسازيهاي انجام شده در کنترل موتور نیاز به وجود گشتاور منفی احساس میگردد لذا در این مرحله دو فاز موتور را جهت طراحی کنترلکننده در نظر میگیریم [7] که یک فاز گشتاور مثبت و فاز دیگر گشتاور منفی تولید مینماید. هر زمان که سیگنال کنترلی فازي که گشتاور مثبت تولید میکند صفر گردید طراحی کنترلکننده را به فازي که گشتاور منفی تولید میکند منتقل خواهیم نمود این فاز تا زمانی به کنترل موتور ادامه خواهد داد که جهت کنترل موتور نیاز به گشتاور مثبت نداشته باشیم و یا به عبارت دیگر سیگنال کنترلی فاز با گشتاور مثبت صفر باشد.
