عنوان پایان‌نامه
کنترل غیر خطی موتور سنکرون مغناطیس دائم
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2746;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69575
- تاریخ دفاع
- ۰۸ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- سجاد نادری لردجانی
- استاد راهنما
- محمدجواد یزدان پناه
- چکیده
- موتور سنکرون مغناطیس دائم دارای دینامیکی غیرخطی می‌باشد و می‌تواند در معرض عدم قطعیت‌های سیستمی، پارامتری و سیگنالی گوناگونی قرار داشته باشد. از طرفی، لازم است که این سیستم، تا حد امکان، عملکرد مطلوب و نامی خود را در شرایط کاری متفاوت حفظ نمایید. به این ترتیب مشخص می‌شود که کنترل چنین سیستمی می‌تواند چالش برانگیز باشد. متناسب با هدف اصلی این پژوهش، یعنی حفظ پاسخ نامی موتور در مقابل عدم قطعیت‌های مختلف، دو روش برای کنترل سرعت این موتور بررسی شده است. در روش اول کنترل‌کننده بصورت سری طراحی می‌گردد. در طراحی حلقه کنترل خارجی، از روش کنترل تطبیقی مدل مرجع غیرخطی مبتنی بر شبکه‌های عصبی استفاده می‌شود. با توجه به مدل مبنا نبودن این روش، طیف وسیعی از عدم قطعیت‌های پارامتری و جملات غیرخطی قابل پوشش و جبرانسازی خواهد بود. در طراحی حلقه کنترل داخلی معمولا از روش تناسبی-انتگرالی استفاده می‌شود. ولی این روش در مقابل تغییرات پارامتری دچار افت عملکرد شده و همچنین توانایی غلبه بر اثرات نامطلوب ناشی از اینورتر را ندارد. بنابراین برای افزایش عملکرد این روش، عدم قطعیت‌ها و اثرات غیرخطی اینورتر پس از مدلسازی مناسب، بصورت تطبیقی جبرانسازی شده است. علاوه بر سرعت، می‌توان یکی از مولفه‌های جریان را نیز برای افزایش بازده و گسترش ناحیه بهره‌برداری موتور به عنوان خروجی تعریف کرده و کنترل نمود. معمولا سیگنال مرجع برای این خروجی از طریق روابط وابسته به پارامتر تعیین می‌گردد که با توجه به تغییرات زیاد پارامترهای سیستم، روش بهینه‌ای نمی‌باشد. بنابراین جهت تخمین بهینه این سیگنال مرجع، دو روش آنلاین مبتنی بر گرادیان بررسی شده است. در روش دوم، کنترل غیر سری موتور بررسی می شود که در آن کنترل‌کننده با در نظر گرفتن همزمان همه دینامیک‌های سیستم طراحی می گردد. با طراحی یک کنترل پیشخور مناسب، مسئله رگولاسیون به مسئله پایدار سازی تبدیل شده و بر اساس آن کنترلی زیر بهینه بروش حل تقریبی معادله ریکاتی وابسته به حالت طراحی می‌شود. برای افزایش درجات آزادی، جمله‌ای به تابع هزینه مربعی رایج در کنترل بهینه افزوده شده و مسئله متناسب با این تابع هزینه حل می‌شود. برای مقاوم سازی کنترل نامی، روش کنترل مد لغزشی انتگرالی با لایه مرزی استفاده می‌شود. این روش همرا با خطای ردیابی و پدیده وزوز خواهد بود. برای حل این مشکلات و بر اساس مفاهیم روش کنترل مد لغزشی انتگرالی، یک روش پسگام تطبیقی مبتنی بر رویتگر اغتشاش ارائه می‌شود و برای مقاوم‌سازی کنترل نامی، به سیستم اعمال می‌گردد. یکی از بخش‌های مهم سیستم درایو مورد بررسی، بخش مدولاتور آن می‌باشد. معمولا در پیاده سازی این بخش از الگوریتم مدولاسیون پهنای پالس فضای برداری استفاده می‌شود که روشی کارآمد و پرکاربرد می‌باشد. در بخش آخر این پژوهش، روش مدولاسیونی بر اساس مفاهیم کنترل مد لغزشی و با هدف کاهش تلفات کلیدزنی در مقابل روش مدولاسیون سینوسی ارائه می گردد.
- Abstract
- Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) has a nonlinear dynamic and is exposed to systematic, parametric and various kinds of external uncertainties. On the other hand, it is required to keep its desired and nominal performance in different operating conditions. In this way, it can be understood that it is a challenging task to control such a kind of system. In accordance with the main goal of this project, which is keeping the nominal response of the motor in the presence different kinds of uncertainties, two control schemes are investigated for the speed control of the motor. A series controller is designed in the first scheme. A Neural Networks (NN) based Model Reference Adaptive Control method is employed to design the outer loop controller. Since this method is model free, different kind of parametric uncertainties and nonlinear terms can be compensated. The conventional PI controller is usually used to design the inner control loop. While, this controller loses its performance in the presence of parametric variations, plus, the non-ideal effects of the inverter cannot suppressed. Hence, after deriving a suitable model for uncertainties and nonlinear effects of the inverter, they have been compensated in an adaptive manner to increase the performance of this method. In addition to the speed, one of the current components can also be defined as a new controlled output to increase the efficiency and enlarge the operating range of the motor. The reference signal for the new output is usually designed based on parameter dependent equations which are not optimal due to the sever parametric variations. Therefore, two online gradient based method are investigated to estimate the optimal value of the reference signal. The non-series control of the motor, in which the controller is designed by considering all the system dynamics simultaneously, is investigated in the second scheme. The regulation problem is transformed into a stabilization one by designing a suitable feedforward control. Then a sub-optimal controller is designed based on approximate solution of the State Dependent Riccati Equation (SDRE) for the stabilization problem. To increase the degrees of freedom, a new term has been added to the integrand of the conventional quadratic cost function and the optimal control problem has been solved based on this modified cost function. The Integral Sliding Mode Control (ISMC) with boundary layer is used to have a robust controller. But this method is accompanied by tracking error and chattering phenomenon. Based on the ISMC concepts, a new back stepping method based on disturbance observer is designed and added to the nominal controller to solve aforementioned problems and increase the robustness of the control system. One of the main parts of the studied drive system is the modulator. To implement this part the efficient and useful Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) is usually used. In final section of this study, a new modulation method based on the concepts of SMC is presented to reduce the switching losses compared to the sinusoidal modulation.
