31774

بهبود تخمين سرعت و موقعيت موتور سنكرون مغناطيس دائم با استفاده از حلقه‌ي قفل فاز تطبيقي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- الكترونيك قدرت و ماشين‌هاي الكتريكي

1400

1403/7/15

داود عرب خابوري

داود عرب خابوري

دانشكده مهندسي برق

در اين گزارش، بر ضرورت آگاهي دقيق از اطلاعات سرعت و موقعيت روتور حين كنترل موتور تاكيد شده است. با توجه به لزوم انجام تبديل پارك و معكوس آن، اين روش‌هاي نوين كنترل محركه نيازمند اطلاعات دقيق موقعيت روتور براي انتقال پارامتر هاي ولتاژ و جريان به قاب مرجع چرخان به جهت كنترل اين مقادير هستند. در كنترل برداري موتور با حسگر غالبا از حسگرهايي مانند ريزالور و حسگر نوري موقعيت استفاده شده است كه به دليل وجود و نصب اين حسگر ها، معايبي نظير كاهش قابليت اطمينان، افزايش وزن، افزايش هزينه و پيچيدگي سيستم را به همراه دارند. در نتيجه، چندين رويكرد با موضوع روش‌هاي بدون حسگر سرعت و موقعيت در منابع موجود بررسي شده¬اند كه تخمين سرعت و موقعيت، بر اساس اطلاعات ولتاژ و جريان موتور توليد شده توسط سيستم كنترل و حسگر جريان انجام شده است. در اين گزارش، تخمين نيرو‌هاي ضد محركه‌ي الكتريكي بر محورهاي قاب مرجع ساكن توسط مشاهده گر مدلغزشي نرم شده انجام شده است. در ادامه، استخراج اطلاعات سرعت و موقعيت روتور از طريق پارامترهاي تخميني انجام شده است كه موضوع اصلي بيان شده در اين پژوهش مي باشد. در گذشته‌، استخراج اين اطلاعات از طريق روش تانژانت معكوس انجام مي‌شد كه به علت وجود نويز بسيار در اطلاعات تخميني، روش حلقه‌ي قفل فاز جايگزين آن شد. وجود پسخور در حلقه‌ي قفل فاز باعث كاهش چشمگير نويز در اطلاعات تخميني مي‌شود. با اين حال، ضرايب ثابت موجود در حلقه‌ي فيلتر نمي‌تواند در تمامي شرايط كاري سيستم بهينه عمل كند. در اين تحقيق با جايگزيني كنترل‌كننده‌ي الگوريتم فراپيچشي به جاي كنترل‌كننده‌ي تناسبي-انتگرالي روش جديدي به نام حلقه‌ي قفل فاز الگوريتم فراپيچشي ارائه شده است. در اين روش با توجه به عملكرد غير خطي كنترل‌كننده‌ي الگوريتم فراپيجشي نسبت به روش قبلي، بر اساس شرايط خطاي‌ ورودي آن ضرايب آن تغيير مي‌كند و عملكرد تطبيقي از خود نشان مي‌دهد. بهره برداري از اين روش باعث بهبود تخمين سرعت و موقعيت روتور نسبت به روش‌هاي قبلي شده است كه با استفاده از شبيه¬سازي موجود در اين تحقيق، نتايج بهبود عملكرد اين روش قابل مشاهده است.

1403/10/01

Improvement of Speed and Position Estimation of Permanent Magnet Synchronous Motors Using Adaptive Phase-Locked Loop

1/1/1900 12:00:00 AM

In modern electric drive control methods, particularly in the control of Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs), having precise information on the rotor’s speed and position is crucial. The accurate rotor position is essential for implementing the Park and inverse Park transformations, which are necessary for transferring voltage and current parameters to the rotating reference frame for effective control. Historically, and in methods known today as sensor-based motor control, sensors such as resolvers and optical position sensors have been commonly used. However, these sensors introduce drawbacks, including reduced reliability, increased weight, higher costs, and added system complexity. In sensorless methods, rotor speed and position are estimated using motor voltage and current information generated by the control system, with current feedback. Initially, back electromotive forces (EMF) on the axes of the stationary reference frame are estimated. This report proposes the estimation of the mentioned parameters through a smoothed sliding mode observer using soft functions. The applied voltages to the PMSM are fed as inputs to the motor model in the estimator, and the generated currents are compared with the motor's feedback current in the stationary reference frame. Using a sigmoid function, the estimated back EMF forces on the axes are calculated. Subsequently, rotor speed and position information is extracted based on the previous estimations. Traditionally, this information was obtained through the arctangent method, but due to significant noise in the estimated data, a Phase-Locked Loop (PLL) was introduced as a replacement. The feedback in the PLL significantly reduces noise in the estimated data. However, the fixed coefficients in the filter loop of this method prevent it from performing optimally under all operating conditions. In this study, by replacing the Proportional-Integral (PI) controller with a Super-Twisting Algorithm (STA) controller, a new method called the Super-Twisting Algorithm Phase-Locked Loop (STA-PLL) is introduced. Due to the non-linear behavior of the STA controller compared to the previous method, the coefficients change based on input error conditions, showing adaptive behavior that improves rotor position and speed estimation compared to previous methods.

موتور سنكرون مغناطيس دائم , كنترل برداري بدون حسگر , مشاهده گر مدلغزشي , حلقه ي قفل فاز الگوريتم فراپيچشي

Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) , Sensorless vector contol , sliding mode observer , Super-Twisting Algorithm Phase-Locked Loop (STA-PLL)

Mohammad Mirzaei

Davood Arab Khaburi