فهرست عناوينصفحه1.1مقدمه 21.2کنترل جهت یابی میدان موتورهای القایی31.2.1 تبدیل متعامد41.2.2 تبدیل کلارک61.2.3 تبدیل پارک و معکوس تبدیل پارک61.3مدل دینامیکی موتور القایی81.4طرح اساسی کنترل جهتیابی میدان121.5کنترل مستقیم جهت یابی میدان141.6کنترل غیر مستقیم جهت یابی میدان161.7کنترل سرعت متغیر ماشین القایی171.8تکنولوژی کنترل بدون حسگر سرعت ماشینهای القایی192.1مقدمه 252.2دینامیک ماشین252.2.1 معادلات اساسی252.2.2 دیاگرام گذر سیگنال مختلط272.2.3 محدودیتها 282.3درایوهایی برای تعدیل نیازمندیهای دینامیکی302.3.1 تخمین بر اساس نیروی ضدمحرکه302.3.2 کنترل ولت بر هرتز ثابت332.3.3 تخمین سرعت بر پایه هارمونیکهای فضایی352.4عملکرد سطح بالای درایوها362.4.1 جهتیابی میدان رتور362.4.2 سیستم تطبیقی مدل مرجع (MRAS)392.4.3 کنترل پیش خور (فید فوروارد) ولتاژهای استاتور422.4.4 تخمین شار رتور و جریان گشتاور462.4.5 جهت یابی شار استاتور482.5رؤیتگرهای تطبیقی522.5.1 رؤیتگر غیر خطی مرتبه کامل522.5.2 رؤیتگر مد لغزشی542.5.3 کالمن فیلتر توسعه یافته552.5.4 رؤیتگر غیر خطی کاهش مرتبه یافته562.6تخمینگرهای هوشمند572.6.1 تخمینگر عصبی سرعت آموزش بلادرنگ572.6.2 تخمینگر مبتنی بر کنترل کننده فازی592.7انتخاب الگوریتم تخمین سرعت بدون حسگر603.1مقدمه 623.1.1 کنترل تطبیقی623.1.2 روشهای کنترل تطبیقی633.2روش های کنترل برداری موتور القایی بدون سنسور سرعت مبتنی بر MRAS663.2.1 کنترل برداری موتور القایی بدون حسگر سرعت در سرعتهای خیلی پایین663.2.1.1 سیستم کنترل663.2.1.2 موتور القایی673.2.1.3 کنترل مجزا683.2.1.4 مدل شار رتور693.2.1.5 استراتژی کنترل733.2.2 کنترل تطبیقی مدل مرجع مبتنی بر شار رتور753.2.3 کنترل تطبیقی مدل مرجع مبتنی بر نیروی ضد محرکه الکتریکی (bemf)783.2.4 MRAC پیشنهادی مبتنی بر جریان های استاتور794 مقدمه 844.1شبیهسازی کنترل برداری بدون حسگر سرعت موتور القایی844.1.1 مدلسازی موتور القایی844.1.2 مدل منبع تغذیه – اینورتر864.1.3 مدل سیستم کنترل864.2اعمال ورودیها و بررسی نتایج915.1 نتیجهگیری و ارائه پیشنهادات ........................................................................................104مراجع 105 فهرست اشكالصفحهشكل 1-1- بردار فضایی جریان استاتور.5شكل 1-2- تبدیل پارک.7شكل 1-3- دیاگرام فازوری جهتیابی میدان موتور القایی.11شكل 1-4- بلوک دیاگرام عمومی برای سیستم کنترل جهتیابی میدان.13شكل 1-5- طرح جهتیابی مستقیم میدان.14شكل 1-6- طرح جهت یابی غیر مستقیم میدان.16شكل 2-1- دیاگرام گذر سیگنال موتور القایی، متغیرهای حالت: جریان استاتور و شار رتور.28شكل 2-2- تخمین گر فرکانس رتور بر اساس بردار نیروی ضد محرکه؛ N: صورت کسر.32شكل 2-3- سیستم کنترل درایو با استفاده از تخمین گر به کار رفته در شکل (2-4).32شكل 2-4- درایو بدون حس گر برای محدود کردن عملکرد دینامیکی (زیر نویس R: مقدار نامی).34شكل 2-5- دیاگرام گذر سیگنال موتور القایی : جریان های استاتور اجباری.37شكل 2-6- گذر سیگنال در جهت یابی میدان رتور.38شكل 2-7- سیستم تطبیقی مدل مرجع برای تخمین سرعت.39شكل 2-8- کنترل کننده سرعت و جریان برای تخمینگرMRAS؛ CRPWM: PWM تنظیمکننده جریان.41شكل 2-9- کنترل فید فوروارد ولتاژهای استاتور، جهتیابی شار رتور.43شكل 2-10- کانال های جبران (خطوط ضخیم در A و B) برای سیستم کنترل سرعت بدون حس گر شکل (2-9).44شكل 2-11- کنترل سرعت بدون حس گر بر اساس تخمین مستقیم isq .46شكل 2-12- تخمین گر شار رتور برای ساختمان شکل (2-11).47شكل 2-13- دیاگرام گذر سیگنال موتور القای ، جریان های اجباری استاتور ؛ متغیرهای حالت : جریان استاتور ، شار استاتور. خطوط نقطه چین سیگنال های صفر در جهت یابی میدان استاتور را بیان می کند.49شكل 2-14- کنترل ماشین در جهت یابی شار استاتور با استفاده از مجزا کننده دینامیکی خارجی.50شكل 2-15- تخمین گر سرعت و فرکانس رتور برای کنترل سیستم شکل (2-14)؛ N : صورت کسر.51شكل 2-16- رؤیتگر غیر خطی مرتبه کامل.52شكل 2-17- جبران گر مد لغزشی . جبران گر به مدل ماشین شکل (2-16) به فرم یک رؤیتگر مد لغزشی متصل میشود.54شكل 2-18- رؤیتگر غیر خطی کاهش مرتبه یافته ؛ بلوک MRAS در ساختمان شکل (2-7) وجود دارد.56شكل 2-19- ساختار تخمین گر عصبی سرعت.58شكل 3-1- نمودار بلوکی سیستم تطبیقی.63شكل 3-2- نمودار بلوکی جدول بندی بهره.63شكل 3-3- نمودار بلوکی رگولاتور خود تنظیم.64شكل 3-4- نمودار بلوکی کنترل دوگان.65شكل 3-5- نمودار سیستم تطبیقی مدل مرجع (MRAS)65شكل 3-6- بلوک دیاگرام سیستم کنترل.67شكل 3-7- محاسبه و .71شكل 3-8- محاسبه شارهای تخمینی رتور.73شكل 3-9- بلوک دیاگرام تخمین گر سرعت رتور.75شكل 3-10- بلوک دیاگرام کنترل برداری بدون حسگر سرعت.76شكل 3-11- ساختمان تخمین سرعت رتور با استفاده از MRAC.77شكل 3-12- ساختمان طرح تخمین سرعت با استفاده از جریان های استاتور.82شكل 4-1- شمای گرافیکی مدل موتور القایی.85شكل 4-2- شمای گرافیکی مدل اینورتر کنترل باند تلرانس جریان.86شكل 4-3- شمای کلی سیستم کنترل.87شكل 4-4- شمای گرافیکی طرح کلی تولید پالسهای اینورتر.88شكل 4-5- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده شار رتور.88شكل 4-6- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده بردارهای یکه.89شكل 4-7- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده .89شكل 4-8- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده .89شكل 4-9- شمای گرافیکی زیر سیستم تخمینگر سرعت.90شكل 4-10- سرعت واقعی و تخمینی.91شكل 4-11- اختلاف سرعت واقعی و تخمینی.91شكل 4-12- الف- نمودار جریانهای سهفاز ترمینالهای استاتور.92شكل 4-12- ب- نمودار جریانهای سهفاز ترمینالهای استاتور.93شكل 4-12- پ- نمودار جریانهای سهفاز ترمینالهای استاتور.93شكل 4-12- ت- نمودار جریانهای سهفاز ترمینالهای استاتور.94شكل 4-13- الف- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.95شكل 4-13- ب- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.95شكل 4-13- پ- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.96شكل 4-13- ت- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.96شكل 4-14- الف- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.97شكل 4-14- ب- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.97شكل 4-14- پ- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.98شكل 4-14- ت- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.98شكل 4-15- الف- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.99شكل 4-15- ب- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.99شكل 4-15- پ- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.100شكل 4-15- ت- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.100شكل 4-16- نمودار جریانهای مرجع در محورهای d-q.101شكل 4-17- نمودار ولتاژ خطی فازهای a-b.102شكل 4-18- نمودار گشتاور الکترومغناطیسی.102 فهرست جداولصفحهجدول 4-1- مقادیر پارامترهای موتور القایی............ 85قاعده کلی کنترل برداری یا کنترل جهت یابی میدان موتور القایی (FOC) 1-1-مقدمهماشینهای القایی نسبتاً ارزان و مقاوم هستند زیرا آنها را میتوان بدون حلقههای لغزان یا کموتاتور ساخت. این ماشینها بصورت گسترده ای در کاربردهای صنعتی استفاده میشوند. بدین خاطر باید توجه بیشتری به کنترل موتور القایی برای شروع به کار ، ترمز کردن ، عملکرد چهار ناحیه ای و غیره نمود. کنترل حلقه باز ماشین با فرکانس متغیر ممکن است هنگامی که موتور عملکردی در گشتاور پایدار با نیاز به تنظیم سرعت دارد، درایو با تغییر سرعت رضایت بخشی را ارائه دهد. اما زمانی که به یک درایو با پاسخ دینامیکی سریع و سرعت صحیح یا کنترل گشتاور نیاز است یک کنترل حلقه باز، رضایت بخش نیست. بنابراین نیاز است که موتور در مد حلقه بسته عمل کند. عملکرد دینامیکی سیستم درایو ماشین القایی روی عملکرد کلی سیستم اثر زیادی میگذارد. از آن جایی که کنترل موتور القایی یک مدل غیر خطی دارد، انجام آن، یک کار مشکل میباشد. چرا که متغیرهای رتور به ندرت قابل اندازه گیری هستند و پارامترهای آن تحت شرایط کار تغییر میکنند. برای کنترل سرعت موتور القایی از چندین تکنیک استفاده میشود.این طرح میتواند به دو گروه اصلی تقسیم بندی شود:الف) کنترل اسکالر : یکی از اولین روش های کنترل ماشین های القایی، کنترل سرعت ولت بر هرتز که آن را به عنوان یک روش اسکالر میشناسیم، میباشد که ماشین با نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت ، به منظور ثابت نگه داشتن شار فاصله هوایی و تولید ماکزیمم حساسیت گشتاور ، تحریک میشود. این روش نسبتاً ساده است. اما نتایج رضایت بخشی برای کاربردهای با عملکرد سطح بالا ، به بار نمیآورد. این موضوع ناشی از این حقیقت است که در روش اسکالر یک کوپلینگ ذاتی بین گشتاور و شار فاصله هوایی وجود دارد و این امر موجب کندی پاسخ ماشین القایی میگردد.
کنترل سرعت موتور القایی بدون حسگر سرعتWORD
فهرست عناوينصفحه1.1مقدمه 21.2کنترل جهت یابی میدان موتورهای القایی31.2.1 تبدیل متعامد41.2.2 تبدیل کلارک61.2.3 تبدیل پارک و معکوس تبدیل پارک61.3مدل دینامیکی موتور القایی81.4طرح اساسی کنترل جهتیابی میدان121.5کنترل مستقیم جهت یابی میدان141.6کنترل غیر مستقیم جهت یابی میدان161.7کنترل سرعت متغیر ماشین القایی171.8تکنولوژی کنترل بدون حسگر سرعت ماشینهای القایی192.1مقدمه 252.2دینامیک ماشین252.2.1 معادلات اساسی252.2.2 دیاگرام گذر سیگنال مختلط272.2.3 محدودیتها 282.3درایوهایی برای تعدیل نیازمندیهای دینامیکی302.3.1 تخمین بر اساس نیروی ضدمحرکه302.3.2 کنترل ولت بر هرتز ثابت332.3.3 تخمین سرعت بر پایه هارمونیکهای فضایی352.4عملکرد سطح بالای درایوها362.4.1 جهتیابی میدان رتور362.4.2 سیستم تطبیقی مدل مرجع (MRAS)392.4.3 کنترل پیش خور (فید فوروارد) ولتاژهای استاتور422.4.4 تخمین شار رتور و جریان گشتاور462.4.5 جهت یابی شار استاتور482.5رؤیتگرهای تطبیقی522.5.1 رؤیتگر غیر خطی مرتبه کامل522.5.2 رؤیتگر مد لغزشی542.5.3 کالمن فیلتر توسعه یافته552.5.4 رؤیتگر غیر خطی کاهش مرتبه یافته562.6تخمینگرهای هوشمند572.6.1 تخمینگر عصبی سرعت آموزش بلادرنگ572.6.2 تخمینگر مبتنی بر کنترل کننده فازی592.7انتخاب الگوریتم تخمین سرعت بدون حسگر603.1مقدمه 623.1.1 کنترل تطبیقی623.1.2 روشهای کنترل تطبیقی633.2روش های کنترل برداری موتور القایی بدون سنسور سرعت مبتنی بر MRAS663.2.1 کنترل برداری موتور القایی بدون حسگر سرعت در سرعتهای خیلی پایین663.2.1.1 سیستم کنترل663.2.1.2 موتور القایی673.2.1.3 کنترل مجزا683.2.1.4 مدل شار رتور693.2.1.5 استراتژی کنترل733.2.2 کنترل تطبیقی مدل مرجع مبتنی بر شار رتور753.2.3 کنترل تطبیقی مدل مرجع مبتنی بر نیروی ضد محرکه الکتریکی (bemf)783.2.4 MRAC پیشنهادی مبتنی بر جریان های استاتور794 مقدمه 844.1شبیهسازی کنترل برداری بدون حسگر سرعت موتور القایی844.1.1 مدلسازی موتور القایی844.1.2 مدل منبع تغذیه – اینورتر864.1.3 مدل سیستم کنترل864.2اعمال ورودیها و بررسی نتایج915.1 نتیجهگیری و ارائه پیشنهادات ........................................................................................104مراجع 105 فهرست اشكالصفحهشكل 1-1- بردار فضایی جریان استاتور.5شكل 1-2- تبدیل پارک.7شكل 1-3- دیاگرام فازوری جهتیابی میدان موتور القایی.11شكل 1-4- بلوک دیاگرام عمومی برای سیستم کنترل جهتیابی میدان.13شكل 1-5- طرح جهتیابی مستقیم میدان.14شكل 1-6- طرح جهت یابی غیر مستقیم میدان.16شكل 2-1- دیاگرام گذر سیگنال موتور القایی، متغیرهای حالت: جریان استاتور و شار رتور.28شكل 2-2- تخمین گر فرکانس رتور بر اساس بردار نیروی ضد محرکه؛ N: صورت کسر.32شكل 2-3- سیستم کنترل درایو با استفاده از تخمین گر به کار رفته در شکل (2-4).32شكل 2-4- درایو بدون حس گر برای محدود کردن عملکرد دینامیکی (زیر نویس R: مقدار نامی).34شكل 2-5- دیاگرام گذر سیگنال موتور القایی : جریان های استاتور اجباری.37شكل 2-6- گذر سیگنال در جهت یابی میدان رتور.38شكل 2-7- سیستم تطبیقی مدل مرجع برای تخمین سرعت.39شكل 2-8- کنترل کننده سرعت و جریان برای تخمینگرMRAS؛ CRPWM: PWM تنظیمکننده جریان.41شكل 2-9- کنترل فید فوروارد ولتاژهای استاتور، جهتیابی شار رتور.43شكل 2-10- کانال های جبران (خطوط ضخیم در A و B) برای سیستم کنترل سرعت بدون حس گر شکل (2-9).44شكل 2-11- کنترل سرعت بدون حس گر بر اساس تخمین مستقیم isq .46شكل 2-12- تخمین گر شار رتور برای ساختمان شکل (2-11).47شكل 2-13- دیاگرام گذر سیگنال موتور القای ، جریان های اجباری استاتور ؛ متغیرهای حالت : جریان استاتور ، شار استاتور. خطوط نقطه چین سیگنال های صفر در جهت یابی میدان استاتور را بیان می کند.49شكل 2-14- کنترل ماشین در جهت یابی شار استاتور با استفاده از مجزا کننده دینامیکی خارجی.50شكل 2-15- تخمین گر سرعت و فرکانس رتور برای کنترل سیستم شکل (2-14)؛ N : صورت کسر.51شكل 2-16- رؤیتگر غیر خطی مرتبه کامل.52شكل 2-17- جبران گر مد لغزشی . جبران گر به مدل ماشین شکل (2-16) به فرم یک رؤیتگر مد لغزشی متصل میشود.54شكل 2-18- رؤیتگر غیر خطی کاهش مرتبه یافته ؛ بلوک MRAS در ساختمان شکل (2-7) وجود دارد.56شكل 2-19- ساختار تخمین گر عصبی سرعت.58شكل 3-1- نمودار بلوکی سیستم تطبیقی.63شكل 3-2- نمودار بلوکی جدول بندی بهره.63شكل 3-3- نمودار بلوکی رگولاتور خود تنظیم.64شكل 3-4- نمودار بلوکی کنترل دوگان.65شكل 3-5- نمودار سیستم تطبیقی مدل مرجع (MRAS)65شكل 3-6- بلوک دیاگرام سیستم کنترل.67شكل 3-7- محاسبه و .71شكل 3-8- محاسبه شارهای تخمینی رتور.73شكل 3-9- بلوک دیاگرام تخمین گر سرعت رتور.75شكل 3-10- بلوک دیاگرام کنترل برداری بدون حسگر سرعت.76شكل 3-11- ساختمان تخمین سرعت رتور با استفاده از MRAC.77شكل 3-12- ساختمان طرح تخمین سرعت با استفاده از جریان های استاتور.82شكل 4-1- شمای گرافیکی مدل موتور القایی.85شكل 4-2- شمای گرافیکی مدل اینورتر کنترل باند تلرانس جریان.86شكل 4-3- شمای کلی سیستم کنترل.87شكل 4-4- شمای گرافیکی طرح کلی تولید پالسهای اینورتر.88شكل 4-5- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده شار رتور.88شكل 4-6- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده بردارهای یکه.89شكل 4-7- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده .89شكل 4-8- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده .89شكل 4-9- شمای گرافیکی زیر سیستم تخمینگر سرعت.90شكل 4-10- سرعت واقعی و تخمینی.91شكل 4-11- اختلاف سرعت واقعی و تخمینی.91شكل 4-12- الف- نمودار جریانهای سهفاز ترمینالهای استاتور.92شكل 4-12- ب- نمودار جریانهای سهفاز ترمینالهای استاتور.93شكل 4-12- پ- نمودار جریانهای سهفاز ترمینالهای استاتور.93شكل 4-12- ت- نمودار جریانهای سهفاز ترمینالهای استاتور.94شكل 4-13- الف- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.95شكل 4-13- ب- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.95شكل 4-13- پ- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.96شكل 4-13- ت- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.96شكل 4-14- الف- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.97شكل 4-14- ب- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.97شكل 4-14- پ- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.98شكل 4-14- ت- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.98شكل 4-15- الف- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.99شكل 4-15- ب- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.99شكل 4-15- پ- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.100شكل 4-15- ت- نمودار جریانهای مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.100شكل 4-16- نمودار جریانهای مرجع در محورهای d-q.101شكل 4-17- نمودار ولتاژ خطی فازهای a-b.102شكل 4-18- نمودار گشتاور الکترومغناطیسی.102 فهرست جداولصفحهجدول 4-1- مقادیر پارامترهای موتور القایی............ 85قاعده کلی کنترل برداری یا کنترل جهت یابی میدان موتور القایی (FOC) 1-1-مقدمهماشینهای القایی نسبتاً ارزان و مقاوم هستند زیرا آنها را میتوان بدون حلقههای لغزان یا کموتاتور ساخت. این ماشینها بصورت گسترده ای در کاربردهای صنعتی استفاده میشوند. بدین خاطر باید توجه بیشتری به کنترل موتور القایی برای شروع به کار ، ترمز کردن ، عملکرد چهار ناحیه ای و غیره نمود. کنترل حلقه باز ماشین با فرکانس متغیر ممکن است هنگامی که موتور عملکردی در گشتاور پایدار با نیاز به تنظیم سرعت دارد، درایو با تغییر سرعت رضایت بخشی را ارائه دهد. اما زمانی که به یک درایو با پاسخ دینامیکی سریع و سرعت صحیح یا کنترل گشتاور نیاز است یک کنترل حلقه باز، رضایت بخش نیست. بنابراین نیاز است که موتور در مد حلقه بسته عمل کند. عملکرد دینامیکی سیستم درایو ماشین القایی روی عملکرد کلی سیستم اثر زیادی میگذارد. از آن جایی که کنترل موتور القایی یک مدل غیر خطی دارد، انجام آن، یک کار مشکل میباشد. چرا که متغیرهای رتور به ندرت قابل اندازه گیری هستند و پارامترهای آن تحت شرایط کار تغییر میکنند. برای کنترل سرعت موتور القایی از چندین تکنیک استفاده میشود.این طرح میتواند به دو گروه اصلی تقسیم بندی شود:الف) کنترل اسکالر : یکی از اولین روش های کنترل ماشین های القایی، کنترل سرعت ولت بر هرتز که آن را به عنوان یک روش اسکالر میشناسیم، میباشد که ماشین با نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت ، به منظور ثابت نگه داشتن شار فاصله هوایی و تولید ماکزیمم حساسیت گشتاور ، تحریک میشود. این روش نسبتاً ساده است. اما نتایج رضایت بخشی برای کاربردهای با عملکرد سطح بالا ، به بار نمیآورد. این موضوع ناشی از این حقیقت است که در روش اسکالر یک کوپلینگ ذاتی بین گشتاور و شار فاصله هوایی وجود دارد و این امر موجب کندی پاسخ ماشین القایی میگردد.