Sabit mıknatıslı senkron motorun gelişmiş kontrol stratejileri ile optimal kontrolü
Optimal control of permanent magnet synchronous motor (pmsm) with advanced control strategies
- Tez No: 936648
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Afyon Kocatepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar (SMSM), rotorunda geleneksel manyetik bobinler yerine kalıcı mıknatısların kullanıldığı bir senkron motor türüdür. Bu tasarım, geniş uygulama alanlarında yüksek verimlilik ve kararlı performans ile karakterize edilmiştir. SMSM'ler, yüksek tork sağlama yetenekleri, çeşitli koşullar altında yüksek çalışma verimi ve yüksek hız performansı nedeniyle elektrikli araçlar, hava taşıtları ve robotik gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle modern elektrikli araçlar gibi yüksek itiş gücü gerektiren sistemlerde, bu motorların uygun bir sürücü sistemi ile entegrasyonunun kritik öneme sahip olduğu vurgulanmıştır. Bu çalışmada, SMSM'nin matematiksel modeli oluşturulmuş ve sürücü sistemleri Matlab/Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, SMSM'yi kontrol etmek için Doğrudan Tork Kontrolü (DTC) algoritması tasarlanmış ve uygulanmıştır. DTC algoritmasının, karmaşık dönüşümlere ihtiyaç duymadan tork ve manyetik akıyı doğrudan düzenlemesi nedeniyle hızlı dinamik tepki sergilediği gözlemlenmiştir. Ayrıca, DTC algoritmasının simülasyonu için C# programlama dili kullanılarak bir arayüz geliştirilmiş ve bu arayüzün elektrikli araçlarda kullanılan gömülü sistemlere entegrasyonu kolaylaştırılmıştır. Bunun yanı sıra, SMSM'nin kontrolü için V/f Kontrol Algoritması tasarlanmış ve açık çevrim ile kapalı çevrim kontrol stratejileri analiz edilerek karşılaştırılmıştır. V/f kontrolünün, sabit gerilim/frekans oranını koruyarak motorun farklı hızlarda kararlı çalışmasını sağladığı ve basitliği nedeniyle düşük maliyetli bir çözüm sunduğu belirlenmiştir. Ayrıca, Alan Yönlendirmeli Kontrol (FOC) algoritmasına, motor performansını artırmak amacıyla Bulanık Mantık Denetleyicisi (FLC) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) tekniklerinin entegre edildiği hibrit bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu yöntemle, dinamik koşullar altında tork ve manyetik akının hassas kontrolü sağlanarak yüksek performanslı çalışma elde edilmiştir. Motorun matematiksel denklemlerine dayalı olarak hız ve tork hesaplamalarını gerçekleştiren özel bir birim tasarlanmıştır. Park dönüşümü kullanılarak akım ve gerilim sinyallerinin hesaplandığı bir birim de uygulanmıştır. Kontrol sistemleri ve algoritmalar, Matlab/Simulink ortamında farklı çalışma koşulları altında test edilmiş; hız, tork, akım ve gerilim sinyallerinin davranışları analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, motor performansı ve kontrol stratejilerinin etkinliği hakkında önemli bilgiler sunmuştur. FOC tabanlı kontrol algoritmasında, başlangıç sırasında hız cevabının 0.15 s gibi kısa bir sürede istenen değerde kararlı hale geldiği ve aşım olmadığı gözlemlenmiştir. DTC'nin tork çıkış sinyali incelendiğinde, kontrol sisteminin referans sinyalini doğru bir şekilde takip ettiği ve 0.01 s içinde hedef değere ulaştığı tespit edilmiştir. DTC sisteminin dinamik performansının yüksek olduğu ve tork referansındaki değişimlere hızlı tepki verdiği kanıtlanmıştır. Ayrıca, yüksek hızlara ulaşmada yaklaşık 0.5 saniyelik küçük bir gecikme ile iyi bir hız takip performansı sağlandığı görülmüştür. V/f algoritması uygulandığında, sabit manyetik akı korunarak kararlı hız kontrolü sağlanmış ve yük değişimlerine karşı sistemin tepkisinin iyileştirildiği gösterilmiştir. Enerji kayıplarının azaltılmasıyla birlikte yüksek verimlilik ve güvenilir performans elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs) are a type of synchronous motor that utilizes permanent magnets in the rotor instead of traditional magnetic coils. This design is characterized by high efficiency and stable performance across a wide range of applications. PMSMs are widely employed in industries such as electric vehicles, aircraft, and robotics due to their ability to deliver high torque, high operating efficiency, and high-speed operation under various conditions. These motors are particularly suitable for applications requiring high torque and reliability, especially in systems demanding high propulsion power, such as modern electric vehicles. Consequently, the selection of an appropriate drive system for these motors is of critical importance. In this study, a mathematical model of a PMSM has been developed, and its drive systems have been implemented using the Matlab/Simulink environment. Initially, a Direct Torque Control (DTC) algorithm was designed and implemented to control the PMSM. The DTC algorithm is characterized by its fast dynamic response, as it directly regulates torque and flux without the need for complex transformations. Additionally, a programming interface has been developed using C# programming language to simulate the DTC algorithm. The interface has been programmed using C# to facilitate its application in embedded systems for electric vehicles. Furthermore, a V/f control algorithm has been designed and implemented to regulate the PMSM, with an analysis and comparison of open-loop and closed-loop control strategies. The V/f control has been designed to maintain a constant voltage-to-frequency ratio, ensuring stable motor operation across different speeds and providing a simple and cost-effective approach. Moreover, a Field-Oriented Control (FOC) algorithm has been designed and implemented, incorporating a hybrid control approach that combines Fuzzy Logic Controller (FLC) techniques and Particle Swarm Optimization (PSO) to enhance motor performance. This approach enables precise control of torque and flux, allowing for high-performance operation under dynamic conditions. A dedicated unit has been developed to calculate motor speed and torque based on the motor's mathematical equations. Additionally, a unit for calculating current and voltage using the Park transformation has been implemented. The control systems and algorithms applied to the motor were thoroughly examined, and the behavior of speed, torque, current, and voltage signals under various operating conditions was analyzed using MATLAB/Simulink. The results obtained from these simulations provide valuable insights into the motor's performance and the effectiveness of the implemented control strategies. In the FOC-based control algorithm, it has been observed that the speed response has been improved, with the speed stabilizing at the desired value within a very short time of 0.15 seconds without overshoot during startup. When analyzing the torque output signal of the DTC, it was noted that the control system accurately tracks the reference signal and reaches the desired value in just 0.01 seconds. The results obtained from the study demonstrated that the DTC system exhibits highly effective dynamic performance and can quickly respond to changes in the torque reference signal. Additionally, a good speed response has been achieved, with a small tracking delay of approximately 0.5 seconds in reaching high speeds. By applying the V/f algorithm, stable speed control has been achieved while maintaining a constant magnetic flux, ensuring high efficiency and reliable performance. Additionally, the algorithm reduced energy losses and improved the system's response to load changes.
Benzer Tezler
- Sezgisel tabanlı bulanık mantık denetleyiciler ile sabit mıknatıslı senkron motorun hız kontrolü
Speed control of permanent magnet synchronous motor with heuristic based fuzzy logic controllers
SİNAN ÜNSAL
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM ALIŞKAN
- 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
İPEK KUVVETLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LALE ERGENE
- Altitude dependent thermal model and analysis of an outrunner rotor permanent magnet synchronous motor for unmanned air-vehicle applications
İnsansız hava aracı uygulamaları için dış rotorlu kalıcı mıknatıslı senkron motorun irtifaya bağlı termal modeli ve analizi
YUNUS EMRE CİNAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Vektör kontrol yöntemi için deney düzeneği tasarımı, gerçeklemesi ve bu yöntemin üç fazlı elektrik motorlarında performans karşılaştırması
Design and implementation of experiment setup for vector control method and performance comparison of this method in three phase electric motors
MERTCAN ÖZDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. SIDDIK MURAT YEŞİLOĞLU
- Design and implementation of magnetic bearings in rotary blood pump
Dönel kan pompasında manyetik rulmanların tasarlanması ve uygulanması
HARIS SHEH ZAD
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER TUNGA ERDOĞAN
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU