Geri Dön

Çoklu motor senkronizasyon kontrol yöntemlerinin sistem tanımlama ile modellenmesi ve deneysel karşılaştırılması

System identification based modeling and experimental comparison of multi-motor synchronization control method

PDF İndir

  1. Tez No: 997249
  2. Yazar: SELMA NİLAY ŞAVKLIYILDIZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖVÜNÇ POLAT
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Endüstriyel otomasyon sistemlerinde yüksek güç yoğunluğu, verimlilik ve hassasiyet gereksinimleri, sabit mıknatıslı senkron motorların (SMSM) kullanımını yaygınlaştırmıştır. Tek bir motorun güç veya tork limitlerinin yetersiz kaldığı sistemlerde,ortak bir yükü süren çoklu motor yapılarına ihtiyaç duyulmaktadır. Ancak, motorların ortak bir şafta rijit (esnek olmayan) bir şekilde bağlandığı bu yapılarda; üretim toleransları, elektriksel parametre farklılıkları ve mekanik kısıtlar nedeniyle motorlar arasında yük paylaşımı dengesizlikleri, senkronizasyon problemleri gibi uyumsuzluklar ortaya çıkmaktadır. Bu durum, sistemde aşırı ısınmaya, verim kaybına ve mekanik bileşenlerin ömrünün azalmasına neden olmaktadır. Literatürde bu problemleri aşmak için sıklıkla başvurulan lider-takipçi gibi geleneksel yöntemler ise, hatanın sistem geneline yayılması ve motorlar arası karşılıklı bilgi paylaşımının eksikliği nedeniyle yetersiz kalabilmektedir. Bu tezin temel amacı, rijit bağlı çoklu motor sistemlerinde tork yarışı problemini bastıran, yük paylaşımını dengeleyen ve yüksek hassasiyetli hız senkronizasyonu sağlayan dağıtık bir kontrol stratejisi geliştirmektir. Teorik yaklaşımları doğrulamak amacıyla, üç adet SMSM'nin 1:1 dişli oranıyla ortak bir şafta bağlandığı özel bir deney düzeneği geliştirilmiştir. Bu düzenek; motor sürücü ve kontrol kartları, pozisyon sensörü, tork sensörü ve ayarlanabilir yük profilleri oluşturabilen bir fren mekanizmasından oluşmaktadır. Kontrol mimarisi olarak, tek bir merkezi işlemci yerine, her motorun kendi bağımsız sürücüsüne ve yerel kontrolcüsüne sahip olduğu, bu sayede modülerliği artıran ve işlem yükünü dağıtan CAN-BUS haberleşme tabanlı bir yapı tercih edilmiştir. Metot olarak, Alan Yönelimli Kontrol altyapısı üzerine inşa edilen ve motorların birbirlerinin durumunu gözeterek referanslarını güncellediği“Multilateral”(çok taraflı) kontrol yaklaşımı uygulanmıştır. Mekanik şokları önlemek adına S-eğrisi tabanlı yörünge planlaması sisteme entegre edilmiştir. Ayrıca, kontrol algoritmalarının başarısını artırmak ve sistem dinamiklerini doğru analiz edebilmek amacıyla kara kutu yöntemi ile sistem tanımlama çalışmaları gerçekleştirilmiş ve elde edilen matematiksel modeller MATLAB/Simulink simülasyon ortamında doğrulanmıştır. Tez çalışmasında; Paralel Kontrol, Tork-Takipçi ve önerilen Multilateral Kontrol yöntemleri boşta, yük altında ve farklı hızlarda karşılaştırmalı olarak test edilmiştir. Deney sonuçları, Paralel Kontrol yönteminin yük paylaşımında yetersiz kaldığını ve ciddi tork dengesizliklerine yol açtığını göstermiştir. Tork-Takipçi yöntemi ile gerçekleştirilen karşılaştırmalı analizlerde, önerilen Multilateral Kontrol yapısının hem yüksek hem de düşük hızlarda, özellikle sabit hız ve yük altında daha kararlı bir hız senkronizasyonu sağladığı belirlenmiştir. Tork senkronizasyonu açısından ise her iki yöntemin birbirine oldukça yakın sonuçlar ürettiği görülmüş ve bu sayede Multilateral yapısının tork dengesinden ödün vermeden hız hatasını minimize edebildiği görülmüştür. Elde edilen bulgular, önerilen dağıtık ve Multilateral kontrol mimarisinin, tork yarışını ve senkronizasyon hatalarını engellemede etkin olduğunu, endüstriyel ölçekli çoklu motor uygulamaları için ölçeklenebilir bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) are widely used in industrial automation due to high requirements for power density, efficiency, and precision. Multimotor structures driving a common load become essential when the torque or power limits of a single motor are insufficient. However, rigidly coupling motors to a common shaft introduces synchronization problems and load sharing imbalances. These issues arise from manufacturing tolerances, differences in electrical parameters, and mechanical constraints. This condition leads to system overheating, efficiency loss, and reduced service life of mechanical components. While conventional methods, such as MasterSlave, are commonly used to address these issues, they often suffer from error propagation and a lack of mutual feedback. The main objective of this thesis is to develop a distributed control strategy that effectively suppresses torque fighting, balances load sharing, and ensures high-precision speed synchronization in rigidly coupled multi-motor systems. To validate the theoretical approaches, an experimental setup was designed, consisting of three PMSMs coupled to a common shaft with a 1:1 gear ratio. This setup includes motor drivers, controllers, position sensors, a torque sensor, and a brake mechanism capable of generating adjustable load profiles. Instead of a centralized processor, the control architecture employs a CANBUS communication-based structure where each motor has an independent driver and local controller, thereby increasing modularity and distributing the computational load. As a method, a“Multilateral”control approach, built upon the Field Oriented Control structure, was implemented to allow motors to update their references by monitoring the status of other motors. Additionally, S-curve-based trajectory planning was integrated into the system to prevent mechanical shocks. Furthermore, system identification studies were performed using the black-box method to enhance the performance of control algorithms and accurately analyze system dynamics, and the obtained mathematical models were validated in MATLAB/Simulink simulation environment. In this study, Parallel Control, Torque Follower (Torque Master-Slave), and the proposed Multilateral Control methods were tested comparatively under no-load, loaded, and varying speed conditions. Experimental results showed that the Parallel Control method was insufficient in load sharing and caused significant torque imbalances. Comparative analyses with the Torque-Follower method revealed that the proposed Multilateral Control structure ensures more stable speed synchronization at both high and low speeds, particularly under constant speed and load conditions. In terms of torque synchronization, both methods produced highly comparable results, showing that the Multilateral structure is capable of minimizing speed error without compromising torque balance. These findings demonstrate that the proposed distributed multilateral control architecture is effective in preventing torque fighting and synchronization errors, offering a scalable and robust solution for industrial-scale multi-motor applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    389477

    Optimal exoskeleton design and e ffective human-in-the-loop control frameworks for rehabilitation robotics

    Rehabilitasyon robotları için optimal dış-iskelet ve etkin insan etkileşimli kontrol çatıları tasarımı

    Yazar Bilgisi Yok

    Sabancı Üniversitesi

    Mekatronik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. VOLKAN PATOĞLU

  2. Tez No

    496479

    Controlling of automatic transmission gear shift by using model predictive control

    Model öngörülü kontrol ile otomatik şanzımanın vites değişimi kontrolü

    NEŞE TOPUZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ

  3. Tez No

    763972

    The effect of different types of electric drive unit on energy consumption for heavy commercial vehicle

    Ağır ticari araçlar için farklı elektrik tahrik ünitelerinin enerji tüketimine etkisi

    METİN YILDIRIM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERPİL KURT HABİBOĞLU

  4. Tez No

    361050

    Pll tabanlı adaptif çentik filtreler ile ani araharmonik analizi

    Interharmonics analysis with pll based adaptive notch filters

    MEHMET TAŞTAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYHAN ÖZDEMİR

  5. Tez No

    324214

    Çoklu beceri spor eğitim programının 7-10 yaş grubu erkek çocuklarda motor gelişime etkisi

    Effects of twelve week multi-skills training programme on motor development in 7-10 year old boys

    YASİN ERSÖZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    SporDokuz Eylül Üniversitesi

    Fizyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEM ŞEREF BEDİZ

Geri Dön