17103

17103

كنترل پيش بين موتور سنكرون آهنرباي دائم سطحي با ولتاژ القايي غيرسينوسي جهت كاهش ضربان گشتاور

دكتري

قدرت

دي 1395

دكتر عرب خابوري

برق

در اين رساله با استفاده از كنترل پيش¬بين، ضربان جريان و گشتاور ماشين¬هاي سنكرون آهنرباي دائم با ولتاژ القايي غيرسينوسي به حداقل ممكن مي¬رسد. موتورهاي سنكرون آهنرباي دائم به سبب راندمان و چگالي توان بالا، كاهش هزينه نگهداري، پاسخ ديناميكي سريع و نيز وجود مواد مغناطيسي با قابليت توليد ميدان مغناطيسي قوي به طور گسترده در محركه¬هاي فركانس متغير به كار مي¬روند. اين موتورها به دو دسته كلي با ولتاژ القايي سينوسي تحت عنوان موتور سنكرون آهنرباي دائم (PMSM) و با ولتاژ القايي ذوزنقه¬اي تحت عنوان موتور DC بدون جاروبك (BLDC) تقسيم مي¬شوند. عموماً ساخت يك موتور با ولتاژ القايي سينوسي خالص بسيار مشكل و هزينه¬بر مي¬باشد، لذا اكثر موتورهاي موجود در بازار داراي ولتاژ القايي غيرسينوسي مي¬باشند. در موتورهاي سينوسي و ذوزنقه¬اي به ترتيب عبور يك جريان سينوسي و مستطيلي منجر به يك گشتاور صاف با حداقل ضربان مي¬گردد. با اين حال عبور يك جريان سينوسي به يك موتور با ولتاژ القايي غيرسينوسي ضربان گشتاور را به دنبال دارد كه در كاربردهاي با كارايي بالا مناسب نمي¬باشد. با توجه به توضيحات ارائه شده براي رسيدن به گشتاوري با ضربان كمتر ناچار به تزريق هارمونيك¬هايي به شكل موج جريان مرجع مي¬باشيم كه در اصطلاح تحت عنوان "شكل-دهي جريان " معروف مي¬باشد. براي كاهش ضربان جريان دو روش مختلف ارائه مي¬گردد. روش اول تحت عنوان "جستجوي تركيبي" نامگذاري مي شود. در اين روش صفحه بردار ولتاژ برحسب دامنه و زاويه فاز بردار ولتاژ مرجع به دو ناحيه تقسيم مي شود و دو روش جستجوي معمولي 7 حالته و 4 حالته در ناحيه¬اي كه ضربان جريان كمتري دارند، به كار مي¬روند. نتايج شبيه¬سازي و آزمايشگاهي بدست آمده نشانگر موثر بودن اين روش در كاهش ضربان جريان مي¬باشد. نتايج نشان مي¬دهند ضربان جريان مقدار زياد و تقريبا يكنواختي در كل سيكل براي روش 7 حالته دارد. ضربان جريان براي روش 4 حالته كاهش مي¬يابد، اما در بعضي نقاط داراي پيك-هايي مي¬شود.روش جستجوي تركيبي ضربان جريان كم و يكنواخت را تضمين مي¬كند. روش دوم براي كاهش ضربان جريان مبتني بر تابع هزينه با ضريب وزني متغير مي¬باشد. اين ضريب وزني متغير بر مبناي عبارت بدست آمده براي ضربان جريان در مرحله قبل مي¬باشد. بدين ترتيب به ازاي مقادير مختلف دامنه و زاويه فاز بردار ولتاژ مرجع، ضريب وزني تابع هزينه مقادير مختلفي اختيار مي¬كند كه در نهايت منجر به كاهش ضربان جريان مي¬گردد. مقدار ثابت ضريب وزني منجر به پيك¬هاي جرياني مي¬شود. مقدار ثابت و بزرگ ضريب وزني براي كاهش فركانس كليدزني باعث انحراف شكل موج ولتاژ از هارمونيك اصلي مي¬گردد. ضريب وزني متغير پيشنهادي عملكرد بهتري در كاهش اغتشاش هارمونيكي را نشان مي¬دهد. براي كاهش ضربان گشتاور در ابتدا ولتاژ القايي موتور بطور دقيق با استفاده از رويتگر مد لغزشي برآورد مي¬شود و سپس با استفاده از تخميگر حداقل مربعات بازگشتي، هارمونيك¬هاي مهم آن استخراج مي¬شوند. اين هارمونيك¬ها توسط كنترل پيش¬بين براي پيش¬بيني رفتار آينده ولتاژ القايي استفاده مي¬شوند. در نهايت بردار ولتاژ مناسب جهت كاهش ضربان گشتاور توسط كنترل پيش¬بين صادر مي¬شود. روش كنترل پيشنهادي جريان موتور را براساس هارمونيك¬هاي ولتاژ القايي شكل¬دهي مي¬كند و بطور قابل توجهي هارمونيك¬هاي ششم و دوازدهم را در مقايسه با ديگر روش¬ها كاهش مي¬دهد. نتايج آزمايشگاهي بدست آمده تاثير روش پيشنهادي را روي كاهش ضربان گشتاور تأييد مي¬كند.

1396/01/21

1/1/1900 12:00:00 AM

Some special features like high efficiency, rapid dynamic response, an​d high power density have made the permanent magnet synchronous motors (PMSMs) an appropriate choice for high performance servo applications. These kinds of motors are divided to two major groups: PMSM with sinusoidal induced voltage an​d BLDC with trapezoidal induced voltage. Generally, the motor production with perfect sinusoidal Back EMF waveforms is very difficult an​d expensive. So, the majority of these kinds of motors show non sinusoidal Back EMF waveform. Applying sinusoidal an​d rectangular current respectively to sinusoidal an​d trapezoidal motors leads to flat torque. However, applying a sinusoidal current to non sinusoidal motors leads to torque ripple which is not desirable for high performance applications. This thesis tends to develop a new method to reduce the current an​d torque ripple for this kind of motors using predictive control. A hybrid exploration state is introduced for current ripple reduction. The proposed method with hybrid exploration state divides the space vector plane into two regions. Each conventional exploration state is applied to a region, which would result in a lower root mean square current ripple. The superior performance of the proposed method over the conventional exploration state methods is verified by the theoretical results an​d the experimental tests. The second method for current ripple reduction is based on variable weighting factor. This weighting factor is determinded by the magnitude an​d the phase angle of reference voltage vector. For torque ripple reduction at first Back EMF waveform is determined by sliding mode observer accurately. Then, its important harmonics are calculated by recursive least square estimator. These harmonice are used by predictive controller for future behavior prediction of back EMF waveform. Finally appropriate voltage vector is generated for torque ripple reduction.