FPGA implementation of field oriented control for permanent magnet synchronous motor
Sürekli mıknatıslı senkron motorun alan yönlendirmeli kontrolünün FPGA uygulaması
- Tez No: 607169
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AFŞAR SARANLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Bu tez çalışmasında, Sürekli Mıknatıslı Senkron Motor (SMSM) için tasarlanan akım/tork kontrolörün Alan Programlanabilir Kapı Dizini (FPGA) üzerinde gerçekleştirilmesine odaklanılmıştır. Sürekli mıknatıslı üç faz senkron motorlar; SMSM ve Fırçasız Doğru Akım Motoru (FDAM) olmak üzere iki gruba ayrılabilir. SMSM ve FDAM arasındaki ana fark, indüklenen zıt elektromotor kuvvet (EMF) voltajının şeklidir. FDAM üzerinde ikizkenar yamuk biçimli zıt EMF voltajı indüklenirken, SMSM üzerinde ise sinüs biçimli zıt EMF voltajı indüklenir. SMSM'nin avantajlarından faydalanabilmek için, motor faz akımları sinüs biçiminde oluşturulmalıdır. Bu amaçla Alan Yönlendirmeli Kontrol (AYK) ve Sinüs Biçimli Komütasyon (SBK) yöntemleri literatürde sıkça kullanılmaktadır. AYK'nin Uzay Vektör Darbe Genişliği Modülasyonu (UVDGM) bazlı uygulaması, geniş hız çalışma aralığı ve düşük tork dalgalanması sunduğundan SBK'ye göre daha üstündür. Bu nedenle de tezin odak noktası olarak belirlenmiştir. Çalışma kapsamında, Oransal Integral (PI) ve Doğrusal İkinci Derece Düzenleyici (LQR) bazlı akım ve hız kontrolcüleri tasarlanmıştır. Bu iki alternatif kontrolcü, ilgili SMSM baz alınarak benzetim ortamında karşılaştırılmıştır. Performans analizinin yapılabilmesi için, SMSM'nin detaylı benzetimi Matlab/Simulink üzerinde yapılmıştır. Tasarımın donanım doğrulama ve performans değerlendirme çalışmaları için PI kontrolör, seçilen donanım tasarım dili (VHDL) kullanılarak FPGA üzerinde gerçekleştirilmiştir. Donanım deneysel çalışmaları, özel tasarım elektronik bir kart üzerinde yürütülmüştür. Akım kontrolcünün akım/tork takip yeteneği çeşitli testler kullanılarak değerlenirilmiştir. Bu çalışmalara ek olarak, AYK ve ikizkenar yamuk biçimli komütasyon metotları arasında da karşılaştırmalı performans analizi yapılmıştır. Bu deneylerin sonucunda, AYK'nin ikizkenar yamuk biçimli komütasyon metodu karşısında daha düşük tork dalgalanması sergilediği ve daha düşük örnekleme oranına ihtiyaç duyduğu gözlenmiştir
Özet (Çeviri)
The thesis study focuses on the fully operational FPGA implementation for the current/torque control of a Permanent Magnet Synchronous Motor. 3-phase synchronous motors with permanent magnets can be categorized into two categories as Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) and Brushless Direct Current (BLDC) motor. The main difference between PMSM and BLDC is the shape of the induced back-EMF voltage. While BLDC motors have trapezoidal shaped back-EMF, PMSMs have a sinusoidal back-EMF. In order to take advantage of PMSM, the waveform of motor phase currents should also be created as sinusoidal waveform. For this purpose, Sinusoidal Commutation (SC) and Field Oriented Control (FOC) are the most common strategies in the literature. FOC with Space Vector PWM (SVPWM) is superior to SC in terms of wider speed operation range and higher torque efficiency and hence is the focus of this thesis. Within the scope of our study, Proportional Integral (PI) and Linear Quadratic Regulator (LQR) current and speed controller alternatives are designed. These alternatives are compared in a simulation environment for the considered PMSM. In order to analyze the performance, a detailed system model of the considered PMSM is also created. Matlab/Simulink is used for the construction and test of the simulation models. For the hardware validation and performance evaluation of the design, the PI current/torque controller is implemented in FPGA using VHDL language. Hardware experimental work is conducted on a custom design electronic board. Torque tracking ability of the current controller is analysed by using a number of test setups. Additionally, comparative performance analysis of the two competing commutation methods, namely the FOC and trapezoidal implementations, has been done. Apart from a fully functional FPGA realization, our study demonstrates the superiority of FOC over trapezoidal commutation in terms of reduction in both torque ripple and required sampling rate.
Benzer Tezler
- Sürekli mıknatıslı senkron motorun FPGA ile konum tahmin yöntemi ile alan yönlendirmeli kontrollü sürücü tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implementation of pmsm driver controlled by field oriented control method with using FPGA and position estimation method
ALİCAN YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ
- Delta bağlantılı fırçasız motor için alan odaklı kontrol algoritması FPGA tasarımı ve gerçeklemesi
Design and implementation FPGA of system using field oriented control for delta connection brushless motor
MUSTAFA EMRE ÖNCÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. COŞKU KASNAKOĞLU
- Sensorless vector control of induction motor based on flux and speed estimation
Hız duyaçsız endüksiyon motorunun akı ve hız kestirim yöntemlerine dayalı vektör denetimi
BARIŞ TUĞRUL ERTUĞRUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. AYDIN ERSAK
- FPGA tabanlı, yüksek hızlı sinyal işleme ve fonksiyon üreteci birimi tasarımı
FPGA based, high speed signal processing and function generator unit design
ENES ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYDIN TARIK ZENGİN
- Gömülü yaya belirleme sistemi tasarımı ve gerçeklemesi
Embedded design and implemetation of pedestrian detection system
AHMET REMZİ ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT TAVŞANOĞLU