3 fazlı aa servo motorun akıllı yöntemlerle gerçek zamanlı yörünge kontrolü
Real time trajectory control of 3 phase aa servo motor based on intelligent methods
- Tez No: 903921
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DAVUT ERTEKİN, DOÇ. DR. GÖKAY BAYRAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Bu tez çalışmasında, 3 fazlı AA servo motorun hız ve konum kontrolünü sağlamak amacıyla Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonu (UVDGM) tabanlı bir alan yönlendirmeli kontrol (AYK) yöntemi uygulanmıştır. AYK prensibi, üç fazlı stator akımının akı ve tork bileşenlerini ayırmaya dayanmaktadır. Bu sayede üç fazlı akımın, akı üreten ve tork üreten iki akım bileşeni ile ayrı ayrı kontrol edildiği, SMSM'nin ayrı uyarımlı bir DA makinesi gibi kontrol edilmesi amaçlanmaktadır. UVDGM anahtarlama tekniği ise, AYK yönteminde, motorun daha hassas ve verimli bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Üç fazlı gerilim veya akım vektörlerini optimize ederek, çıkış sinyalini sinüs dalgasına yakınlaştırır. Bu sayede motorun tork üretimi artırılır, verimlilik iyileştirilir ve harmonik bozulma azaltılır. Üç fazlı inverter ile beslenen vektör kontrollü bir senkron motor sürücü sistemi geliştirmek için, yeni bir anahtarlamalı indüktör tabanlı transformatörsüz yükseltici DA-DA dönüştürücü tasarlanmış, anahtarlama tekniği olarak yeni bir YSA modeli kullanılmıştır. Daha sonra yükseltilmiş DA gerilimi üç fazlı H köprüsüyle AA gerilime dönüştürülmüştür. Temel yükseltici dönüştürücüler, gerçek zamanlı uygulamalar için gerekli gerilim artırma performansını karşılayamamaktadır. Gerilim kazancını yükseltmek amacıyla dönüştürücüler genellikle yüksek görev döngülerinde çalıştırılmakta, ancak bu durum diyotlarda ters kurtarma sorunlarına neden olabilmektedir. Ayrıca, yüksek görev döngüleri yarı iletken anahtarlar ve diyotlar üzerinde ciddi gerilim streslerine neden olmaktadır. Bu nedenle, yük gereksinimlerini karşılayabilecek ve yüksek performans sağlayan alternatif dönüştürücülere ihtiyaç duyulmaktadır. Önerilen yapı diğer topolojilerle karşılaştırılmış ve yüksek kazanç, yüksek verimlilik, düşük gerilim dalgalanmaları, daha az anahtarlama kaybı, kolay kontrol gibi özelliklikleriyle başarılı bir performans sergilemiştir. Önerilen DA-DA dönüştürücü, gerilim dalgalanmalarını ve güç değişimlerini azaltarak motorun performansını ve kontrol hassasiyetini artırmıştır. Bu sayede servo motor, yörüngede daha doğru ve kararlı bir şekilde hareket etmektedir. Düşük anahtarlama kayıplarının olması daha verimli enerji dönüşümü sağlayarak sistem performansını artırmakta, hız ve konum kontrol sinyallerinin daha temiz ve kararlı olmasını sağlayarak yörüngedeki değişikliklere daha iyi yanıt vermesine yardımcı olmaktadır. Önerilen yükseltici dönüştürücünün anahtarlama tekniğinde Yapay Sinir Ağı (YSA) kullanılmıştır. PI kontrolörünün giriş ve çıkış verilerinden yararlanılarak YSA'nın eğitimi için bir veri seti oluşturulmuştur. YSA, başarılı bir şekilde eğitilmiş ve tek bir ara katman ile 25 nörondan oluşan bir model kullanılarak oluşturulmuştur. Bu yapı, hem donanım hem de yazılım açısından oldukça basit ve uygulanabilir nitelikte olup, kolayca gerçeklenebilecek bir sistem tasarımı sunmaktadır. DA-DA tasarımı ve YSA anahtarlama tekniği, SMSM hız ve konum kontrolünü de doğrudan etkilemiştir. PI ile karşılaştırıldığında; hız-tork çevrimi için YSA yerleşme süresi 0.36 sn iken, PI için yerleşme süresi 0.55 sn'de olmaktadır. PI ile kıyaslandığında referans hız ve konum değerine yerleşme süresinin daha az, sistem tepki hızının daha iyi olduğu benzetim sonuçlarından anlaşılmaktadır. Sonuçlar, DA DA yükseltici dönüştürücüsünde YSA anahtarlama tekniğinin kullanılmasının olumlu bir yaklaşım olduğunu göstermektedir. Gerçek zamanlı modellemede ise Texas Instrument TMDSDOCK28335 DSP tabanlı deney kiti kullanılmıştır. Sistem performansı analiz edilmiş, model çıkışının referans girişlerini başarılı bir şekilde izlemesi ile model performansı sunulmuştur. Tüm sonuçlar ele alındığında, hız ve konum değişimi durumunda sistemin tepki hızının, stator akımının ve torkunun, kontrol modeli çalışma özelliklerine göre SMSM'lerle uyumlu sonuçların hızlı bir şekilde kararlı duruma geçme eğiliminde olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) based Field-Oriented Control (FOC) method was applied for speed and position control of a three-phase AC servo motor. The FOC principle is based on separating the flux and torque components of the three-phase stator current. This allows the three-phase current to be controlled separately using two current components: one generating flux and the other generating torque, thus enabling the control of the Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) as if it were a separately excited DC machine. The SVPWM switching technique allows for more precise and efficient control of the motor within the FOC method. By optimizing the three-phase voltage or current vectors, it brings the output signal closer to a sinusoidal waveform. This increases the motor's torque production, improves efficiency, and reduces harmonic distortion. To develop a vector-controlled synchronous motor drive system powered by a three-phase inverter, a novel switched inductor-based transformerless boost DC-DC converter was designed, and a new Artificial Neural Network (ANN) model was used for the switching technique. The boosted DC voltage was then converted to AC through a three-phase H-bridge. Conventional boost converters cannot meet the required voltage boost performance for real-time applications. To achieve a higher voltage gain, converters are often operated at high duty cycles, which can lead to reverse recovery issues in diodes. Moreover, high duty cycles can impose significant voltage stresses on semiconductor switches and diodes. Therefore, there is a need for alternative converters that can meet load requirements and provide high performance. The proposed topology was compared with other designs and demonstrated superior performance with characteristics such as high gain, high efficiency, low voltage ripples, reduced switching losses, and ease of control. The proposed DC-DC converter enhanced motor performance and control precision by reducing voltage fluctuations and power variations, allowing the servo motor to move more accurately and steadily along its trajectory. The low switching losses contributed to more efficient energy conversion, improving system performance and resulting in cleaner and more stable speed and position control signals, allowing the motor to respond better to changes in trajectory. In the switching technique of the proposed boost converter, an Artificial Neural Network (ANN) was used. A dataset was created using the input and output data of the PI controller to train the ANN. The ANN was successfully trained, and a model was created with a single hidden layer and 25 neurons. This structure is quite simple in terms of both hardware and software, offering a system design that can be easily implemented. The DC-DC design and ANN switching technique directly affected the speed and position control of the PMSM. Compared to the PI controller, the settling time for speed-torque convergence with ANN was 0.36 seconds, while it was 0.55 seconds with PI. The simulation results showed that the settling time to the reference speed and position values was shorter and the system response speed was better with ANN compared to PI. The results demonstrate that using the ANN switching technique in the DC-DC boost converter is a favorable approach. In real-time modeling, the Texas Instruments TMDSDOCK28335 DSP based experiment kit was used. The system's performance was analyzed, and the model's performance was presented by successfully tracking the reference inputs with the model's output. Considering all the results, it was shown that in the case of speed and position changes, the system's response speed, stator current, and torque tend to quickly stabilize according to the control model's operating characteristics, yielding results compatible with PMSM performance.
Benzer Tezler
- Yeni Cami'nin akustik açıdan performans değerlendirmesi
Evaluation of the acoustical performance of the New Mosque
EVREN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVTAP YILMAZ DEMİRKALE
- Askeri havacılık uygulamaları için MIL STD 461E ve MIL STD 704E standartlarına uygun AA/DA çevirgeç koruma ve filtre sistemleri geliştirilmesi
Implementation of AC/DC converter protection and filter systems for military aerospace applications according to MIL STD 461E and MIL STD 704E standards
FATİH CANDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UMUT SEZEN
- Süperiletken hatalı akım sınırlayıcı (SHAS) tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
Design, fabrication and characterisation of superconducting fault current limiter (SFCL)
ERCAN ERTEKİN
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ GENÇER
- Anahtarlama açılarının sezgisel yöntemlerle optimize edilerek, evirici beslemeli asenkron motorlardaki harmoniklerin azaltılması
Reduction of harmonics in inverter-fed asynchronous motors by optimizing switching angles using heuristic methods
METİN DOĞAN
Doktora
Türkçe
2022
Bilim ve TeknolojiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiElektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ FUAT BOZ
- Batarya şarj sistemleri için yüksek güçlü bir kısmi güçlü DA-DA dönüştürücünün tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of a high-power partial power DC-DC converter for battery charger systems
HÜSEYİN KÖSE
Doktora
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TİMUR AYDEMİR