25845

طراحي و شبيه‌سازي رويتگر مدلغزشي مرتبه بالا براي كنترل بدون حسگر موتور سنكرون مغناطيس دائم

كارشناسي ارشد

الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

97

1400/8/26

دكتر داود عرب خابوري

مهندسي برق

در روش‌هاي پيشرفته، دانستن موقعيت رتور ماشين سنكرون جهت كنترل آن ضروري است. حتي اگر تنها كنترل گشتاور مدنظر باشد و حلقه كنترل سرعت و موقعيت وجود نداشته باشد، براي بيان متغيرها در قاب مرجع گردان رتور، به زاويه الكتريكي رتور نيازمنديم. غالباً از موقعيت سنج نوري و ريزالور براي يافتن زاويه دقيق رتور استفاده مي‌شود كه به‌كارگيري آن‌ها افزايش هزينه، وزن و كاهش قابليت اطمينان سيستم كنترل موتور را در پي دارد. حذف حس‌گر مكانيكي سرعت/موقعيت و جايگزيني آن با مشاهده‌گر يا حس‌گر نرم‌افزاري موضوع موردبررسي اين پژوهش است. در اين گزارش، جهت كنترل برداري بدون حس‌گر موتور سنكرون مغناطيس دائم، از مشاهده‌گر مدلغزشي مرتبه بالا برپايه الگوريتم فراپيچش جهت تخمين نيروي ضدمحركه و به دنبال آن سرعت و موقعيت رتور استفاده مي‌شود. مشاهده‌گر مدلغزشي نياز به مدل رياضي پوياي جامع و دقيق موتور دارد بنابراين در اين پژوهش ابتدا مدل‌سازي موتور سنكرون مغناطيس‌دائم و استخراج توصيف فضاي حالت آن در قاب‌هاي مرجع گوناگون بيان مي‌گردد. متغيرهاي حالت قابل‌اندازه‌گيري موتور مانند ولتاژ و جريان استاتور به‌عنوان ورودي مشاهده‌گر و متغيرهاي حالت ناشناخته مانند سرعت و موقعيت رتور خروجي‌هاي مشاهده‌گر مدلغزشي در اين سيستم هستند. پس از بررسي مشاهده‌پذيري ماشين سنكرون، مشاهده‌گر مدلغزشي مرتبه بالا برپايه الگوريتم فراپيچش(مرتبه‌دوم) و مشاهده‌گر مدلغزشي مرتبه بالاتر(مرتبه‌سوم) شرح داده مي‌شود و روابطي براي مقدار كمينه‌ي ضرايب (بهره‌هاي) مشاهده‌گر بر اساس معيار پايداري لياپانوف جهت تضمين همگرايي حالت‌هاي تخميني به واقعي ارائه مي‌شود. همچنين عملكرد اين مشاهده‌گرها تحت شرايط عدم قطعيت پارامترها به‌صورت مستقل و در مقايسه با يكديگر از انواع بهبوديافته مشاهده‌گر مدلغزشي بر اساس نتايج حاصل از شبيه‌سازي موردبررسي و ارزيابي قرار مي‌گيرد.

1400/10/19

Design and simulation of high-order sliding mode observer for sensorless control of permanent magnet synchronous motor

11/17/2022 12:00:00 AM

In advanced control methods, Knowing the position of the synchronous machine rotor is essential to control it. Even if only torque control is considered and there is no speed and position control loop, we need the rotor electrical angle to express the variables in the rotor reference frame. Optical position sensors and resolvers are often used to find the exact angle of the rotor, which increases the cost, weight and reduces the reliability of the motor control system. Removal of mechanical speed / position sensor and its replacement with observer or soft- sensor is the subject of this study. In this research, to sensorless vector control of a permanent magnet synchronous motor, high order super-twisting based sliding mode observer is used to estimate the motor back electromotive force and hence rotor position and speed. Sliding mode observer needs an accurate and comprehensive dynamic model of the motor so in this research, First, the modeling of the permanent magnet synchronous motor and the extraction of its state space presentation are expressed in various reference frames. Measurable state variables like stator voltages and currents are the input and unknown state variables like the rotor speed and position are the output for the sliding mode observer. After analyzing the observability of the synchronous machine, the high-order super twisting based sliding mode observer and higher order(3rd order) sliding mode observer are described and two equations for the minimum value of observer coefficients (gains) based on Lyapunov stability criterion are presented to guarantee the convergence of the estimated states to the actual ones. Also, the performance of these observers under the parameter uncertainty conditions is evaluated independently and in compare with each other and with another improved type of sliding mode observer based on the simulation results.

كنترل بدون حس‌گر، موتور سنكرون مغناطيس‌دائم، مشاهده‌گر مدلغزشي مرتبه‌بالاتر، الگوريتم فراپيچش

Sensorless Control, Permanent magnet synchronous motor, High-order sliding mode observer, Super-Twisting algorithm