Geri Dön

Asenkron motorlar için algılayıcısız akı gözlemleyicisi ve kontrolü

Sensorless flux observer and controller for asynchronous motors

  1. Tez No: 68872
  2. Yazar: COŞKUN ŞAHİN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. METİN GÖKAŞAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1997
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 151

Özet

ÖZET Bu tezde, asenkron motorlar için, çatırtısız kayan kipli kontrol tabanlı dayanıklı akı gözlemleyicisi geliştirilmiştir, özellikle, geniş çalışma aralığı ve ağır çalışma koşullarında hassas kontrol amaçlandığında, akı gözlemleyicisinin dayanıklılığı (robustness) çok önemlidir. Bu tezde sağlanan en önemli katkı, rotor akı gözlemleme modeline eklenen yakınsama terimleridir. Bu terimlerin eklenmesi ile gözlemleme hatalarının sıfıra yakınsayarak orada kalması sağlanmıştır. Sonuçta parametre, hız, yük gibi tüm etkilere karşı dayanıklı bir gözlemleyici elde edilmiştir. Sistem, ortak endüktans, rotor, stator direnç ve öz endüktans değişimleri, değişken yük ve bozucu moment şartlan altında incelenmiştir. Geliştirilen yöntemlerin sonuçlarının başarılı olduğu ve dayanıklı bir gözlemleyici ve kontrol sistemi elde edildiği benzeşim ve uygulama sonuçlan ile gösterilmiştir. Ayrıca hız, konum ve alam kontrol çevrimlerine de oldukça yeni geliştirilen çatırtısız kayan kipli kontrol yaklaşımı uygulanmış ve çok başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Sonuçta dayanıklı, kararlı ve dalgalanmasız moment ve hız kontrolü sağlayabilen, yüksek cevap hızı ve hassasiyete sahip bir kontrol sistemi elde edilmiştir. Asenkron motorlar için zor sayılan sıfır hız ve civarında da, yüksek hızlarda da aynı başarımlar elde edilmiştir. xiv

Özet (Çeviri)

SUMMARY Abstract A robust flux observer and controller for induction motors is proposed based on sliding mode theory. Robustness of the flux observer is a very important issue, especially when it is aimed for use at wide working range and demanding operation conditions. in this study, the velocity, position and current controllers are also based on sliding mode. The vvhole system is analyzed under rotor, stator resistance, mutual and şelf inductance uncertainties, torque variations and external disturbances. The performance of the proposed control scheme is confirmed by simulation and experimental results. l Introduction Fully digital controlled AÇ drives are extensively used in industry. Many fıeld orientation methods are used in these drives. in these high performance induction motor (asynchronous motor) applications, parameter variations and external disturbances can be effective. Especially when it is aimed to track a certain trajectory, robust control techniques have to be used in the observer and in the velocity, position control loops. The good properties of Sliding Mode Control (SMC) in this respect are well known. The chattering problem inherent to SMC is eliminated in recently developed approaches. in this study, the design of the observer is different from methods proposed until now. The flux model is used in polar form and convergence terms are added to the rotor model. Additionally, the modifıed version of the SMC is used for chattering free control. The position, velocity and current controllers are also based on SMC. Robustness of the system is considered under dynamic load and fast reference signal, same time parameter variation and torque disturbances. 1.1 Proposed Control System in proposed control system, a flux observer is used for the calculation of the flux magnitude, angle and stator current components at rotating coordinate frame (Fig.l). The currents are controlled by the sliding mode based control system (SMC PWM). The flux reference value is selected from velocity operation point for maximal torque output. The flux and position are controlled by chattering free sliding mode algorithms in the outer loop. XVrh l*tf N)ijd4-*-T^ ^FhKCbntjL^.w w ^s j 5Js*.*. SMC“^T 9 (İM tXe) Aİqd PWM -: :i ^^ _jjBos.Gont VW ^ ~V-1^ ^ [0J^J> w ql- FUUX 1OBSERVERl-dıat ^Figüre l Proposed control method Superscript 'd' is used for desired value. The other symbols indicate actual values. 1.2 Chattering free sliding mode control The Variable Structure System (VSS) theory has been applied to nonlinear processes. Öne of the main features of this approach is that öne only needs to drive the error to a ”switching surface“, after which the system is in ”sliding mode“ and robust against modeling uncertainties and/or disturbances. Let us consider the plant x = A(x,f)+B(x,j).uM(1) with rank(B)=m, x ? K”, u e K“. in VSS control, the goal is to keep the system motion on the manifold 5 which is defîned as S=£ | sfrt) = 0}(2) The solution to achieve this goal can be calculated from the requirement that sfat)=0 is stable. The control should be chosen such that the candidate Lyapunov fonction satisfies Lyapunov stability criteria. The aim is to force the system states to the sliding surface defîned by 5=G.(xd-x)(3) Firstly, a candidate Lyapunov fünction is selected as v = /.s/2 > O and v = sr.s -Vfl + ~[^l«(17> RrRr.M Vp =-rVp+”Rr.M- yfa = -\ - --/j\.yfa + [û)-Tj).y/fi + İa \Lr / Lr A (Rr \“,”X _ Rr.M- W = -hr - ju).y/fi-[û) - r}).y/a+--ip a 1 M. nT I la = ~ - t) = -kı.x + kı. ua ufi, B=k2, u(x,t) = [fa fp]. In that case, the reference signals are real stator currents, x' = I ia ifi and the observer control errors are observation errors ( x = Ax = xr - x ). After these definitions and using the result of SMC design in (16), we can write the final equation of observer control (38) (0 1,-n k2-T-\V>r\ Cos(0) Sin(0) Sin(0) - Cos{0) (d.T+l).Aia(l) - A/a(,_r) (d.T+ l).Ai/r(0 - Aifi(l_T) _ (38) The stator current errors and derivatives will converge to zero under the selected control input ( Aia, Aip -»0 and Aia,Aifi ->0). 3.2 Flux observer Derivatives of flux components could be determined from (30) and (31) and the flux could be obtained by integration. This is the classical approach of flux estimation often applied in literature. This method is not robust against parameter uncertainties and has incremental summation error problem. Flux observation errors converge to zero when conditions in (39) are satisfied A|^r| + ^.A|vr| = 0 and A0 + Ky.A0 = O where K¥ is the slope of sliding line. We can write estimation errors of auxiliary function fas follows A/a =fa -fa =Xr.Ay/a + â.Ay p + n.y/a + 7j.$p ¥P =ffi ~fp = xr.Ay/p-S.Aif/a + p.yffi - rj.y/a (39) (40) (41) XXICurrent observation errors converge to zero with the control of stator observer (Ais->0, A(cRJdf) ->0) and the components of estimation error f converge to zero (A/a-»0, A/£->0) simultaneously, as seen from (37). Flux observation errors could be written by equating (40) and (41) to zero. Ly/“ = S +A* İXr-^”-â-Vfi)- vi'!A2-(v>V'a +X“V>(,) (42) -* -. ”T“ %XJ JÇ ı (A) h¥fi = x2+co2'^a ^'^K2+V^a -û-Vp) (43) The polar form of (42) and (43) are given below,, -(jU.Xr + î].S).\lj}r\ Ak= 2 A» (44) xr +Û) - ll.S + TJ.Xr Afl= P? ?t (45) x; + to The convergence term can be added to the observer model in (32) and (33) by using the definition of the estimation errors in (46) and convergence conditions in (39) such as 0=0+A0 and |^r|= y/r +A|^r| (46) \\jrr\ = -*r.|j/J + M.Xr.îd + jU.\ipr\ - Kv. aL,|. (47) 6 = â + M.Xr.X-\-Kv.A0 (48) Kİ By substituting (44, 45) into the (47, 48), we get the final form of the flux observer (49) 0 = û} + M.Xr.TTi + Kv.î--2 - £j- (50) Wr\ The stator part of observer equations are given in (30, 31), the equations of flux observer are given in (49, 50) and the observer controller is given by (38). The full order flux observer of the induction motor is constructed by these simultaneous equations. xxu4.1 Flux Control From (23) it follows x = Wr\ ¥ ~\T,A(x,/) = [0 -JfrfVr|, B = [0 M.Xr],U = id, D=d=constant, and for invertable (GB), G = [g l], ^constant selected. By using the (16) '*'”SS/“”») +jh{(g+d+Tgd^l) -fr+4I^U) ]\ A(x,/) = [

Benzer Tezler

  1. Tez No

    198983

    Asenkron motorların hız algılayıcısız kontrolünde yeni bir algoritmanın geliştirilmesi ve uygulaması

    A new approach for sensorless speed control of induction motors and its application

    MUSTAFA GÜRKAN AYDENİZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. İBRAHİM ŞENOL

  2. Tez No

    185471

    Asenkron motorların algılayıcısız kontrolü için yapay sinir ağları ile hız ve konum tahmini

    Speed and position estimation for the speed sensorless control of induction motors using neural network

    AHMET ÖZMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. MUAMMER GÖKBULUT

  3. Tez No

    397988

    Vektör denetim yönteminde iki farklı hız gözlemcisinin karşılaştırılması ve motor parametrelerindeki değişimlerin denetim başarımına etkisi

    A comparison between two speed observers and effects of parameter variations on the performance of vector control

    RAMAZAN ÇUKUR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ

  4. Tez No

    128794

    Asenkron motorda doğrudan moment kontrolünün incelenmesi ve gerçekleştirilmesi

    Analysis and implementation of direct torque control in induction motor

    AHMET FARUK BAKAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HACI BODUR

  5. Tez No

    814975

    Sensorless speed control of a PM assisted synchronous reluctance motor from zero to rated speed

    DM destekli bir senkron relüktans motorun sıfırdan anma hızına kadar algılayıcısız hız kontrolü

    KADİR AKGÜL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LALE ERGENE

Geri Dön