Modeling, simulation and implementation of a permanent magnet synchronous motor drive system using anfis technique
Sabit mıknatıslı senkron motor sürüş sistemi için anfıs tekniği kullanarak modelleme, simulasyon ve gerçekleme
- Tez No: 718065
- Danışmanlar: PROF. DR. LALE ERGENE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Daimi Mıknatıslı Senkron Motorlar (PMSM) robotik, elektrik, gaz, petrol ve ulaşım gibi birçok alanda kullanılmaktadır. PMSM sürücüsü, ayarlanabilir hız sürücülerine ve gelişmiş hız ve moment kontrolüne olanak tanır. Motorun daha yüksek verim, geliştirilmiş moment/eylemsizlik oranı ve yüksek güç yoğunluğu gibi çeşitli avantajları olduğundan, PMSM sürücüsü, askeri uygulamaların yanı sıra hava ve elektrikli araçlarda da çok popüler hale gelmiştir [1-3]. Klasik doğru akım motorlar ile karşılaştırıldığında dağıtık sargıya sahip olan Daimi Mıknatıslı Senkron Motorlar, fırça ve kollektör sistemi içermez ve güvenilir bir işletme sağlar. Ancak bu motorları sürmek için ileri kontrol teknikleri gerekir. PMSM'nin Alan Uyarmalı Vektör Kontrolü (FOC), motorun hız kontrolü için en çok kullanılan yöntemdir. Park ve Clarke dönüşümleri ile beraber, statordaki faz akımlarına bağlı olan uygun alan yönelimleri kullanılarak moment ve akının kontrol edilmesi sağlanır. Alan Uyarmalı Vektör Kontrolü tabanlı PMSM sürücüsü, iç döngüde d-q ekseni akım kontrolünü ve dış döngüde hız kontrolünü birleştirir[4]. PMSM hız kontrolü için en önemli gereksinimler, gelişmiş dinamik karakteristikler ve yüksek hassasiyetli izleme performansıdır [5]. Tüm PMSM sürücü sistemi, PMSM ve eviricinin matematiksel ifadeleri kullanılarak modellenmiştir, sistem iki tip kontrolör ile kontrol edilip MATLAB/Simulink'te kod üretimi ile gerçeklenmiştir . Vektör kontrolü yöntemiyle hız kontrolü, basit bir tasarım nedeniyle genellikle bir PI kontrolör ile entegre edilir. PMSM için, PI kontrolörde bir fonksiyonun değerine belirli bir noktada yakınsamak için doğrusallaştıma kullanıldığından PI parametrelerinin ince ayarı zorlu bir görev olması bir dezavantajdır. Parametre değişimleri ve dış bozucular, PMSM'nin doğrusal olmayan modelinde istenmeyen belirsizliklere neden olur ve karmaşıklık artar. Doğrusal kontrol yöntemlerinin çoğu, PMSM sürücülerinin yüksek performanslı uygulamalarında gereksinimleri karşılayamaz. PMSM kontrol sisteminin dinamik yanıtını geliştirmek için, son zamanlarda akademik ve endüstriyel alanlarda doğrusallaştırma kontrolü [6], adaptif kontrol [7,8], kayan kip kontrolü [9, 10], bulanık kontrol [11] ve sinir ağı kontrolü [12, 13] gibi birkaç gelişmiş doğrusal olmayan kontrol yöntemi geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Bu çalışmada, hız kontrolü için gelişmiş dinamik özellikler elde etmek için geleneksel bir PI kontrolör, Adaptif Sinir Ağları Bulanık Girişim Sistemi (ANFIS) kontrolörü ile değiştirilmiştir. İyi eğitilmiş bir ANFIS kontrolör doğrusal olmayan sistem kontrolünde daha iyi performans sonuçları verebilmektedir. ANFIS kontrolörü bir Sinir Ağı ve bir Bulanık Girişim Sisteminden oluşur ve sistem dinamiklerini öğrenip tüm sisteme uyum sağlayabilir. Bu tezde, alan uyarma ile hız kontrolü, iki yöntem kullanılarak incelenmiştir; Geleneksel bir PI kontrolörü ve Adaptif Sinir Ağları Bulanık Girişim Sistemi (ANFIS) kontrolörü. Önerilen ANFIS kontrolörü, geleneksel bir PI kontrolörü ile bir PMSM dinamik modelinden eğitim verilerinin çıkarılmasını gerektirir. Simulink ortamında her iki kontrolörün benzetimi tamamlanmıştır. Alçak gerilimde PMSM'yi sürebilecek donanım, Simulink Kod Üretimine uygun bir geliştirme kiti olarak seçilmiştir. Çalışmada bir enkoder algılayıcı ile ilgili kontrol sistemi uygulaması anlatılmaktadır. Benzetim ve deneysel sonuçlar, bir ANFIS tabanlı hız kontrolörünün, yerleşim süresi ve aşım açısından geleneksel bir PI kontrolörle karşılaştırıldığında daha iyi dinamik yanıta sahip olduğunu göstermektedir. Ancak, ANFIS kontrolörünün çevrim dışı eğitiminin sürekli hal hatasına neden olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The Permanent Magnet Synchronous Motors are widely used in robotics, electricity, gas, oil and transportation, etc. The PMSM drive allows adjustable speed drives and enhanced speed and torque control. Since the motor has various advantages such as higher efficiency, improved torque to inertia ratio and high power density, the PMSM drive has become very popular in aerial and electrical vehicles, as well as military applications [1-3]. Compared to the DC motors, the Permanent Magnet Synchronous Motors have distributed windings and do not have a brush-commutator system. They provide reliable operation. However, these motors require advanced control techniques to drive. Field Oriented Control (FOC) of PMSM is the most common method for the speed control of this motor. Employing Park and Clarke transformations, the control of the torque and flux of the motor is achieved by using appropriate field orientations which are dependent on phase currents in the stator. PMSM drive based on FOC combines the d-q-axis current control in the inner loop and the speed control in the outer loop[4]. The most significant requirements for the speed control of the PMSM are improved dynamic features and high-precision tracking performance [5]. The entire PMSM drive system is modelled using mathematical expressions of a PMSM and an inverter, the system is controlled with two different controllers and implemented through code generation in MATLAB/Simulink. The speed control with FOC method generally is integrated with a PI controller because of a simple design. As a drawback of a PI controller design for the PMSM, fine tuning of PI parameters is a challenging task since the linearization is utilized to converge the value of a function at a particular point. The parameter variations and disturbances cause undesired uncertainties in the non-linear model of the PMSM and the complexity is increased. The most of linear control methods cannot fulfill the requirements in high-performance applications of PMSM drives. To enhance the dynamic response of the PMSM control system, several advanced non-linear control methods have been studied and applied in academic and commercial fields recently, such as: linearization control [6], adaptive control [7,8], sliding mode control [9, 10], fuzzy control [11] and neural network control [12, 13]. In this study, to obtain extended dynamic characteristics for the speed control, a conventional PI controller is replaced by an Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) controller. Unlike PI control, ANFIS can approximate to the whole system dynamics if it is well-trained.The ANFIS controller consists of a Neural Network and a Fuzzy Inference System and it can learn and adapt to the entire system. In this thesis, speed control via FOC is studied using two methods; a conventional PI controller and an Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) controller. The proposed ANFIS controller requires the extraction of training data from a PMSM dynamic model with a conventional PI controller. The simulation of both controllers in Simulink environment is performed. The hardware to drive the PMSM at low voltage is chosen as a development kit which is compatible with the Simulink Code Generation. The control system implementation with an encoder sensor is also explained in this study. Simulation and experimental results show that the speed controller of an ANFIS controller has better dynamic response compared to a conventional PI controller in terms of the settling time and overshoot. However, it is observed that the off-line training of ANFIS controller causes some steady-state error.
Benzer Tezler
- Sürekli mıknatıslı senkron makinelerin simülasyonu için fourier serisi ve relüktans devresi yaklaşımıyla bir karma modelin geliştirilmesi
Development of a hybrid fourier series and reluctance network model for simulation of permanent magnet synchronous machines
SAVAŞ ALKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. LEVENT OVACIK
- Doğrusal parametre değişimli sistemlerin ileri beslemeli kontrol tasarımı ve kalıcı mıknatıslı senkron motora uygulanması
Feedforward control synthesis of linear parameter varying systems and application to permanent magnet synchronous motor
YUSUF ALTUN
Doktora
Türkçe
2012
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KAYHAN GÜLEZ
DOÇ. DR. İBRAHİM BEKLAN KÜÇÜKDEMİRAL
- Self-commissioning and position sensorless field oriented control of IPMSM
Gömülü mıknatıslı senkron motorun kendi kendine devreye alınması ve konum sensörsüz alan yönlendirmeli kontrolü
YASİN ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR
- Design and implementation of traction control unit on soc for railway systems
Raylı sistemler için çekiş kontrol biriminin tasarımı ve gerçeklenmesi
MUSA ERGEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN AFACAN
- Design and implementation of sensorless vector controlled drive for PMSMs
Sürekli mıknatıslı senkron motorlar için sensörsüz vektör kontrollü sürücü tasarımı ve gerçeklenmesi
BURAK GÖRDÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ