Hibrit adaptasyon mekanizması ile sabit mıknatıslı senkron motorun algılayıcısız hız kontrolü

Abstract

Anahtar kelimeler: Sabit mıknatıslı senkron motor, Model referans adaptif sistem, Alan etkili kontrol, Konum ve hız algılayıcısız kontrol, PI (Oransal-İntegral), Hiyerarşik bulanık mantık. Sabit mıknatıslı senkron motorlar (SMSM) yüksek verimlilik, yüksek güç yoğunluğu ve geniş sabit güç bölgesi gibi kendine özgü avantajları sayesinde endüstriyel uygulamalarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Yüksek performanslı bir alan etkili kontrol yapabilmek için genellikle rotary veya resolver gibi algılayıcı yapıları ile ölçülen rotor konum bilgisinin doğruluğubüyük önem arz etmektedir. Fakat bu algılayıcıların kullanımı, mekanik dayanıklılık ve sistem güvenirliliğini düşürdüğü gibi, maliyet, boyut ve ağırlığı artırarak, karmaşık bir kablo düzeneğine neden olur. Bu tez çalışmasında araştırmanın hedefi, SMSM'un algılayıcısız rotor konum/hız kontrol performansını, algılayıcı tabanlı kontrol sistemi ile karşılaştırmak ve geliştirmektir. Bu çalışmada, algılayıcısız bir kontrol yöntemi geliştirilmiştir. Literatürde, sabit mıknatıslı senkron motorların algılayıcısız konum ve hız kontrolüne yönelik birçok yöntem mevcuttur. Ancak bu yöntemler,senkron motorun tipine ve çalıştırılacağı hızlara göre değişmektedir. Bu yöntemlerin büyük bir çoğunluğunda, motorun matematiksel modeli kullanılmaktadır. Algılayıcısızkonum ve hız kontrolünde kullanılan motorun matematiksel modelinin doğruluğu çok önemlidir. Bu tez çalışmasında,algılayıcısız SMSM kontrol sisteminin performansını geliştirmek için, orta ve yüksek hız bölgelerinde çalışan, model referans adaptif sistem (MRAS) tabanlı bir konum ve hız tahmin edici önerilmiştir. Önerilen yöntem, yüzey mıknatıslı SMSM'lar (YSMSM) için etkili olmuştur. Makine rotor asimetrisine ve parametre değişimine çok az bağımlı olan yeni bir hiyerarşik bulanık mantık adaptasyon mekanizması, geleneksel PI mekanizmanın yerine kullanılarak, MRAS rotor pozisyon tahmin yöntemi geliştirilmiştir. Yapılan çalışmaların benzetimi, Matlab/Simulik programında gerçekleştirilmiş, daha sonra bir deneysel düzenek ile gerçek zamanda uygulanmıştır. Önerilen algılayıcısız kontrol yöntemi, SMSM kontrol sisteminde konum algılayıcısı kullanımından kaynaklanan problemleri çözmek için etkili bir araç sunmuştur. Maliyet, boyut, ağırlık ve donanım karmaşasının azaltılmasıyla, SMSM'lar için var olan algılayıcı tabanlı kontroller için bir alternatif sağlamıştır.

Keywords: Permanent magnet synchronous motor, model reference adaptive systems, field-effect control, position and speed sensorless control, PI (Proportional-Integral), Hierarchical fuzzy logic. Permanent magnet synchronous motors (PMSM) are used widely in industrial applications, thanks to their advantages such as high efficiency, high power density and wide constant power region. The accuracy of the measured rotor position information by the sensor structures, such as rotary or resolver sensor, is great importanceto make a high-performance field-effect control. However, the use of the sensorsreduce mechanical stability and reliability of the system and increase size, cost and also weight and lead to a complex wiring arrangement. Aim of this thesis is to improve the sensorless rotor speed/position control performance of PMSM by comparing the sensor based control systems. In this study, a sensorless control method is developed. In the literature there are lots of method at the sensorless position and speed control of permanent magnet synchronous motor. However, these methods vary according to the operation speed and in accordance with various type of synchronous motor. The majority of these methods use the mathematical model of the motor. The accuracy of the mathematical model of motor, used in position and speed sensorless control, is very important. In this thesis,a model reference adaptive system (MRAS) based position and speed estimator is proposed to improve the performance of the sensorless PMSM control system in the medium and high speed conditions. The proposed method has been effective for the surface mountedpermanent magnet synchronous motor. A novel hierarchical fuzzy adaptation mechanism, which is less dependant on machine rotor asymmetry and the parameter changes than MRAS rotor position estimation method,is developed instead of the conventional PI mechanism. Simulation studies of the proposed method were carried out in Matlab/Simulik program, then it is implemented in real time with an experimental setup. It is shown that the proposed sensorless control method is very effectiveto solvethe problems that arise for using position sensor in PMSMcontrol system. The method provides an alternative solution for sensor-based control systems by reducing the cost, size, weight and hardware complexity.