بهبود کارایی درایو طراحی شده برای کنترل برداری موتور القایی با بکارگیری الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات

Transcript

1 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. بهبود کارایی درایو طراحی شده برای کنترل برداری موتور القایی با بکارگیری الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات عبدالمحمد داودی 1- دانشجوی دکتری دانشگاه آزاد اسالمی واحد یاسوج آموزشکده فني و حرفه douhad@yahoo.co اي سما دانشگاه آزاد اسالمي واحد نام ارائهدهنده: عبدالمحمد داودي کازرون کازرون ايران خالصه در این مقاله طراحی یک درایو الکتریکی برای ماشین های القایی سه فاز با روش کنترل برداری بهینه سازی شده توسط الگوریتم اجتماع ذرات انجام شده است. به منظور عدم نیاز به سنسورهای ولتاژ همچنین محاسبات کمتر و در نتیجه سرعت پاسخ بهتر و دقت مناسب با توجه به دقیق بودن سرعت اندازهگیری شده حتی در سرعتهای پایین در این پژوهش از مدل فلوی روتور بر اساس مقادیر سرعت و جریان استاتور در مختصات فلوی روتور استفاده شده است. تعیین مقادیر بهینه برای ضرایب پارامترهای PI در سیستم کنترل برداری توسط الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش بهبود یافته کنترل برداری موتور القایی با الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات توانسته است کارایی مطلوبی را فراهم آورد. کلمات کلیدی: موتور القایی درایو کنترل برداری کنترل اسکالر روش فرا اکتشافی الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات. 1. مقدمه ماشینهای القایی به علت سادگی قابلیت انعطاف راندمان باال هزینه کم حجم کوچک و اقتصادی بودن در یک سرعت ثابت بطور وسیع مورد استفاده قرار می گیرند. روشهای جدید جهت کنترل و بهره برداری سرعت صحیح ماشین القایی با کمترین ضعف بر روی کمیت های خروجی همواره مورد توجه بوده است. اخیرا توسعه درایوهای کنترل سرعت امکان به کارگیری ماشینهای القائی با سرعت متغیر را در یک محدوده وسیع امکان پذیر کرده است. اگرچه ماشینهای القائی در مقایسه با ماشینهای جریان مستقیم از نظر انداره وزن اینرسی موتور راندمان ماکزیمم سرعت قابلیت اطمینان هزینه و بسیار بهتر میباشند ولی به جهت ساختار دینامیکی به شدت غیرخطی آنها شماتیک کنترل بسیار پیچیدهتری را نسبت به ماشینه یا میکنند. جریان مستقیم طلب کنترل گشتاور پیچشی صحیح به روش دینامیکی یک پیش نیاز ضروری برای سیستم های موتوری پیشرفته است. برای موتورهای القایی دو روش خیلی معمول کنترل گشتاور مستقیم و کنترل بردار یا میدان چرخشی وجود دارد. از طرفی برای موثر بودن کنترل برداری به کنترل جریان بسیار دقیق نیاز است که این امر زمانی حاصل می شود که از سیستم تنظیم جریان خطی استفاده شود. در ]1[ با استفاده از آنالیز و مقایسه سه PI متفاوت تنظیم جریان براساس تئوری هیسترزیس برای کنترل برداری استاندارد یک موتور القایی استفاده شده است. در ] کی[ و یک استراتژی مدوالسیون بردار فضایی بر اساس یک شبکه عصبی برای یک اینورترمنبع ولتاژ سه سطحی ارائه شده است. که به طور کامل ناحیه زیر مدوالسیون خطی را پوشش می دهد. در روش کنترل برداری هدف این است که دو کمیت شار و گشتاور پیچشی به طور مستقل کنترل شوند و همچنین یک شار فاصله هوایی تقریبا مستطیلی تولید شود که نتیجه این امر بهبود چگالی توان ماشین می باشد. در ]3 کی[ روش کنترل برداری که دارای الگوی شار تکامل یافته با استفاده از تزریق هارمونیک سوم است ارائه شده است. در ]4[, ] 5 [کنترل مستقیم گشتاور (DTC) یک موتور القایی صورت گرفته تخمین گشتاور و شار موتور از طریق ولتاژ اعمال شده به استاتور و جریان اندازهگیری استاتور انجام گرفته است.

2 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. در] 6 کی[ طرح کنترل برداری شار مستقیم واحد معرفی شده که برای درایو موتورهایACسینوسی مناسب است. در تمام انواع موتورها محدودیت- های ولتاژ و جریان اینورتر در حالت تضعیف شار بدون نیاز به اطالعات موتور حتی در زمانی که لینک DC متغیر باشد به طور کامل مورداستفاده قرار می گیرد] 7 [, ]8[. مدل مغناطیسی موتور )یا مدل جریان( برای محاسبه شار در سرعت های پایین برای طرح کنترل میدان دوار موتورهای القایی مورد استفاده قرار گرفته است ]9[. و همچنین بهطور معمول برای تکنیک های کنترل بدون سنسور موقعیت مورد استفاده قرار می گیرد ]11[. در این مقاله طراحی مناسب یک دایور ماشین القایی با روش کنترل برداری توسط الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات صورت گرفته است.. مدل ماشین القایی و معادالت حاکم بر آن. 1. معادالت ولتاژ استاتور در مختصات فلوی رتور در این بخش روابط ولتاژ استاتور در مختصات فلوی پیوندی روتور بیان میگردد. برای بدست آوردن معادله ولتاژ استاتور در این مختصات روش های مختلفی وجود دارد که در اینجا از روش فازورهای فضایی استفاده میشود. میگردد] 11 [: )1( که جایی ارتباط بین فازور فضایی جریان مغناطیسکننده روتور با فازورهای فضایی جریان استاتور و روتور در مختصات فلوی روتور به صورت زیر بیان ( 1 ) ω ( ) ضریب نشت روتور نامیده میشود و نسبت اندوکتانس نشتی روتور به اندوکتاس مغناطیسکننده تعریف میشود. حال معادله ولتاژ استاتور در مختصات فازور فضایی فلوی روتور با سرعت ω ( که ω مطابق با ω =dρ /dt تعریف میشود(: بهصورت زیر بدست میآید. d d u )( R j j dt dt جریان استاتور بهصورت ترم هایی از جریان استاتور در مختصات ساکن به صورت زیر بیان میشود: j x jy e ( SD jsq) e j )3( )4( و به طریق مشابه رابطه ولتاژ استاتور در مختصات ساکن و مختصات ویژه روتور بهصورت زیر است: u j j ux juy ue ( usd jusq ) e ( زیر است: )5( با استفاده از معادله) 1 (و این حقیقت که جریان مغناطیسکننده روتور در مختصات ویژه فلوی روتور هم جهت با محور طولی است ) پس فازور فضایی جریان روتور در مختصات ویژه بر حسب فازورهای فضایی جریان استاتور و جریان مغناطیسکننده روتور به ترتیب 1 ) )6( حال با جایگذاری رابطه )5( در رابطه )( و تقسیم طرفین بر مقاومت استاتور داریم: جایی که d T dt u R j T ( T T)( j d dt T و از معادالت زیر محاسبه میشوند: )7( ثابت زمانی و اندوکتانس حالت گذرای استاتور میباشند و T هم ثابت زمانی حالت پایدار استاتور است و با استفاده T R )8(

3 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. x u y و y هم T R 1 )9( )11( قابل ذکر است که σ ضریب نشت کلی میباشد. درمعادالت )3( و )4( به ترتیب SD u SQ u SD و SQ مؤلفههای ولتاژ و جریان استاتور در مختصات ساکن و u x مؤلفههای ولتاژ و جریان استاتور در مختصات ویژه روتور میباشند... معادالت ولتاژ رتور در مختصات فلوی رتور میتوان معادله ولتاژ روتور ماشین القائی را در مختصات ویژه فلوی روتور با صرف نظر کردن از اشباع مغناطیسی ( cte ) = به صورت d R j( ) dt زیر بیان کرد ]11[: حال با استفاده ازمعادله فوق و با توجه به معادله )5( و تقسیم طرفین بر مقاومت روتور ) R( خواهیم داشت: d T j( ) dt T )11( )1( در معادالت فوق T ثابت زمانی مدار روتور است. 3.. معادالت گشتاور الكترومغناطیسی در حالت پایدار T e 3 معادله گشتاور الکترومغناطیسی را میتوان به صورت زیر نشان داد: P y )13( در صورتی که پارامترهای ماشین و جریان ثابت فرض شوند آنگاه گشتاور الکترومغناطیسی متناسب با مؤلفه عرضی جریان استاتور خواهد بود. )درمختصات فلوی روتور( درحالت پایدار رابطه )13( را میتوان با استفاده از مدار معادل ماشین بدست آورد. I y شکل )1( : مدار معادل شامل مؤلفههای جریان استاتور تولیدکننده گشتاور و فلو در واقع مؤلفه تولیدکننده فلوی تحریک است و برای سرعت های زیر سرعت پایه ثابت است و هم مؤلفه تولیدکننده ( ) U I I x گشتاور میباشد. مطابق شکل )1( است اما با توجه به شکل )1( میتوان دریافت که مقدار ارجاع شده افت ولتاژی روی مقاومت ارجاع شده روتور میباشد بنابراین و با توجه به اینکه UCD U AB است U CD ( ) U پس در حالت پایدار خواهیم داشت: I x AB U j1 ( 1` U j ) I )14( x

4 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. در حالت پایدار میتوان گشتاور الکترومغناطیسی را با استفاده از رابطه Te P ag 1 )15( از فاصله هوایی است(. حال با در نظر گرفتن مدار معادل میتوان توان عبوری از فاصله هوایی را بهصورت زیر محاسبه کرد: P (3P ) U ag AB U AB ( 1 ) I I y x y )16( با توجه به روابط اخیر رابطه گشتاور الکترومغناطیسی در حالت پایدار عبارت خواهد بود از: T (3P )( ) I I (3P )( ) I e x y )17( بدست آورد )جایی که P ag توان عبوری رابطه )17( شبیه رابطه )13( میباشد. اما با استفاده از همین مدار معادل میتوان فرکانس زاویهای لغزش را نیز بدست آورد به این ترتیب که AB دامنه ولتاژهای وU U CD را با هم مساوی قرار میدهیم: I y R S 1 Ix S1 Iy T I x )18( در رابطه اخیر T ثابت زمانی روتور است[ 11 ]. 3. کنترل برداری موتور القایی سه فاز در روش کنترل برداری یک ماشین ac همانند یک ماشین dc تحریک مستقل کنترل میشود] 1 [. در یک ماشین dc صرف نظر از اثر مغناطیسی آرمیچر و اشباع میدان گشتاور بهصورت T K I e t a I f بدست میآید. که جریان یا جریان میدان میباشد. در یک ماشین dc تحریک مستقل کنترل متغیرهای I a مؤلفه گشتاور جریان یا جریان آرمیچر و I f I f, I a مؤلفه شار به صورت متعامد و یا بردارهای مجزا انجام میشود. در عملکرد معمولی جریان میدان I f طوری تنظیم میشود که شار در مقدار معین نگه داشته شود. و گشتاور بهوسیلة تغییرات جریان آرمیچر کنترل میشود. از آنجایی که جریان I f از جریان I a مجزا میباشد حساسیت گشتاور چه در حالت گذرا و چه در حالت ماندگار در حداکثر باقی میماند. اگر عملکرد ماشین در یک مختصات مرجع چرخان سنکرون طوری در نظر گرفته شود که متغیرهای سینوسی بهصورت مقادیر dc بهنظر برسند این حالت کنترل برای یک موتور القایی هم تعمیم داده میشود. در یک موتور القایی جریان های y, x به ترتیب مؤلفه محور مستقیم و مؤلفه محور قائم جریان استاتور میباشند که هر دو در مختصات مرجع چرخان سنکرون قرار دارند. در کنترل برداری جریان آرمیچر I a از یک ماشین dc تحریک مستقل میباشند بنابراین گشتاور بهصورت x مشابه جریان میدان وy I f T k e t y x بیان میشود] 14 [. مشابه اصوال کنترل برداری به دو دسته کلی کنترل برداری مستقیم و کنترل برداری غیر مستقیم تقسیمبندی میشود. در روش کنترل برداری مستقیم نیاز به آشکار کنندة شار است. معموال محاسبهگر شار یا مشاهدگر شار میتواند جایگزین آشکار کننده شار شود. در روش کنترل برداری مستقیم نیاز به سنسورهای شار میباشد که پر هزینه و جاگیر میباشند و مقدار سرعت سنکرون از سیگنالهای فلو بدست میآید. در روش کنترل برداری غیر مستقیم مقدار شار از روش محاسبه بدست میآید در این روش مقدار مقاومت روتور یا ثابت زمانی روتور اندازهگیری شده و در محاسبات بهکار میرود. در تحلیل کنترل برداری تمامی کمیتهای برداری میبایست در یک مبنا و مختصات مرجع قرار گیرند تا تحلیل معنی دار و صحیح باشد. اصوال در کنترل برداری سه مختصات مرجع بیشتر مدنظر قرار میگیرد: مختصات مرجع با امتدادیابی در راستای شار استاتور که بردار شار استاتور مرجع سنجش بردارها در نظر گرفته میشود و یا به عبارت دیگر محور حقیقی منطبق بر شار استاتور فرض میشود. مختصات مرجع با امتدادیابی در راستای شار روتور که بردار شار روتور مرجع سنجش بردارها در نظر گرفته میشود بدین معنی که محور حقیقی منطبق بر شار روتور قرار میگیرد. مختصات مرجع با امتدادیابی در راستای شار مغناطیسکنندگی که بردار شار مغناطیسکننده به عنوان مرجع بهکار میرود به عبارت دیگر محور حقیقی منطبق بر بردار شار مغناطیسکننده قرار میگیرد. انتخاب مختصات مرجع به نوع ماشین و اینکه در کدام مختصات معادالت حاکم به ماشین سادهتر میشوند بستگی دارد.

5 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. در این پژوهش کنترل برداری غیرمستقیم یک موتور القایی سه فاز با امتدادیابی در راستای شار روتور انجام گرفته است دلیل انتخاب کنترل برداری غیر مستقیم معایب روش مستقیم که همان نیاز به سنسور شار و در نتیجه هزینه و حجم باالی آن بود میباشد. از طرف دیگر مختصات مرجع شار روتور در میان انواع مختصاتهای مرجع انتخاب شد دلیل این امر سادهتر شدن معادالت موتور القایی در این مختصات مرجع میباشد] 13 [و] 14 [. برخی از مزایا و معایب روش اتخاذ شده به قرار زیرهستند: مزایا: عدم نیاز به سنسورهای شار سادگی معادالت در مختصات انتخاب شده معایب: وابستگی به پارامترهای ماشین )مانند مقاومت روتور که با تغییرات حرارت تغییر میکند و اندوکتانسها که با سطح اشباع تغییر میکنند( البته روش هایی برای تنظیم بالدرنگ این پارامترها وجود دارد استفاده از هوش های مصنوعی نیز در این زمینه بکار میرود. بلوك دیاگرام کلی کنترل برداری غیر مستقیم یک موتور القایی سه فاز با امتدادیابی در راستای شار روتور در شکل )( نشان داده شده است. در این سیستم ابتدا سیگنالهای جریانSA, SC, SB با استفاده از تبدیل دو فاز به سه فاز به جریان هایSD وSQ تبدیل میشوند این تبدیل جریانهای سه فاز استاتور را به جریانهای استاتور روی محور مستقیم و قائم مختصات مرجع ساکن )استاتور( تبدیل میکند. سپس جریانهای SD با استفاده از تبدیل دو فاز به دوفاز به جریانهایx مرجع ساکن را به جریانهای دو فاز استاتور در مختصات مرجع چرخان شار روتور و SQ x و y جریانهای x و y اندازة زاویه شار در مختصات مرجع چرخان شار روتور ( و y تبدیل میشوند این تبدیل جریانهای دو فاز استاتور روی محور مستقیم و قائم مختصات ( بدست میآید., تبدیل مینماید. سپس با استفاده از روابط و معادالت از طرف دیگر سرعت مرجع ef( ) ω با سرعت واقعی روتور ) ) ω مقایسه شده و پس از عبور از یک کنترل کننده سرعت PI جریان استاتور مرجع روی محور قائم مختصات مرجع چرخان شار روتور ( yef ) را نتیجه میدهد این جریان با جریان واقعی استاتور روی محور قائم مختصات مرجع چرخان شار روتور y( ) مقایسه شده و پس از عبور از کنترل کننده جریان PI ولتاژ را نتیجه میدهد. این ولتاژ با ولتاژ u dy از خروجی مدار Û y مجزاگر جمع شده و ولتاژ استاتور مرجع روی محور قائم مختصات مرجع چرخان شار روتور yef( ) u را نتیجه میدهد. در سوی دیگر سرعت روتور ( ef را نتیجه میدهد این شار با شار واقعی روتور در پس از عبور از یک مولد تابع شار مرجع روتور در مختصات مرجع چرخان شارروتور ) ( مقایسه میشود و پس از عبور از کنترل کننده شار جریان استاتور مرجع روی محور مستقیم مختصات مرجع چرخان مختصات مرجع چرخان ) ( xef را تولید مینماید این جریان با جریان استاتور واقعی روی محور مستقیم مختصات مرجع چرخان شار روتور ( x ) مقایسه شده و از شار روتور ) یک کنترل کننده جریان PI عبور کرده و Û x را نتیجه میدهد این ولتاژ با ولتاژ u dx از خروجی مدار مجزاگر جمع شده و ولتاژ استاتور مرجع روی محور مستقیم مرجع چرخان شار روتور ) ( u xef را تولید مینماید. u xef دو ولتاژ بدست آمدة, u yef ابتدا بوسیله یک تبدیل دو فاز به دو فاز از مختصات مرجع چرخان شار روتور به مختصات ساکن U Bef و U Cef حاصل,U Aef u Def,u Qef( ) تبدیل شده و آنگاه توسط یک تبدیل دو فاز به سه فاز ولتاژهای مرجع برای سوئیچ زنی اینورتر میشوند. در نهایت این سه ولتاژ مرجع با یک موج مثلثی مقایسه میشود و سوئیچزنی اینورتر را فراهم میکند. است. شکلهای )3( تا )6( به ترتیب نمودار سرعت دلخواه و واقعی روتور ولتاژ فازa استاتور جریان فازa استاتور و گشتاورالکترومغناطیسی در مختصات مرجع چرخان شار روتور میباشند. الزم به ذکر است که در روش کنترل برداری الزم نیست شار مرجع ثابت باشد )در زیر سرعت پایه( و هر گونه شار مرجعی را با توجه به محدودیت های موتور میتوان اعمال نمود ولی با توجه به این مسئله که در شار ثابت و حداکثر مقدار ممکن گشتاور ماکزیمم موتور در تمامی نواحی زیر سرعت پایه ثابت بوده و حداکثر مقدار ممکن میباشد در زیر سرعت پایه شار مرجع ثابت در نظر گرفته شده

6 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. شکل )(: بلوك دیاگرام کلی کنترل برداری غیر مستقیم یك موتور القایی سه فاز با امتدادیابی در راستای شار روتور 4 peed W(ad/ec) te(ec) شکل) 3 (: نمودار سرعت واقعی و مرجع روتور در روش کنترل برداری voltage of phae A 5 Vag(Volt) te(ec) شکل) 4 (: نمودار ولتاژ فاز a استاتور در روش کنترل برداری cuent of phae A 1 a(ap) te(ec) شکل) 5 (: نمودار جریان فاز a استاتور در روش کنترل برداری.5 toque Te(N) te(ec) شکل) 6 (: نمودار گشتاور الکترومغناطیسی در روش کنترل برداری

7 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. با محاسبه ضرایب کنترل کننده PI با روش های هوشمند برای سیستمهایی که دینامیک غیر خطی دارند کنترل کننده PI عملکرد رضایت بخشی را خود نشان میدهد. 4. الگوریتم بهینه سازی لحاظ شده جهت تعیین بهینه ضرایب کنترل کننده PI در مرجع [15] طراحی بهینه یک موتور آهنربای دائم داخلی با استفاده از مدل سازی چند فیزیکی به وسیله الگوریتم فرااکتشافی )الگوریتم ژنتیک( به صورت دو هدفه با روش پرتو انجام شده است. در مرجع [16] به بهینهسازی موتور DC بدون جاروبک با استفاده از روشهای فرا اکتشافی میپردازد. روش مورد استفاده در این مقاله الهام گرفته از خاصیت جمعی خفاشها میباشد. الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات یکی از رایج ترین تکنیک های بهینه سازی فرااکتشافی است که الهام گرفته از رفتار گروهی و حرکت یکپارچه برخی از موجودات مانند پرندگان و ماهی ها به خصوص برای پیدا کردن غذا می باشد. در الگوریتم PSO موقعیت هر فرد به روز می شود بر اساس اطالعات ذخیره شده در حافظه آن عضو و همچنین حرکت کلی اجتماع. در شکل اجتماع هر گروه دارای یک رهبر است که سعی می کند بقیه اعضا را هدایت کند این پدیده را می توان در خط حرکت بعضی از انواع پرندگان مهاجر مشاهده کرد. بهترین حالت برای الگوریتم PSO در هر دوره بدست آورده می شود همچنین حافظه هر عضو برای پیدا کردن بهترین راه حل آن عضو ) bet P) زیر محاسبه می گردد. )19( ) bet G) و به عنوان یک گروه رهبر انتخاب می شود پیدا می شود با استفاده از این دو مقدار سرعت هر عضو با استفاده از رابطه v k+1 = v k + and C 1 (Gbet k X k ) + and C (Pbet k X k ), = 1,, n p k k که در این رابطه X و v به ترتیب موقعیت و سرعت ذره ام در زمان k ام است. 1 وC وC پارامترهای ویژه الگوریتم PSO هستند که بنابراین آنها به ترتیب نماینده وابستگی به سرعت هر ذره برای بهترین راه حل پیدا شده )حافظه گروه( و بهترین راه حل مجزای ذره )حافظه شخصی( و سرعت قبلی آن عضو می باشد. به منظور مشارکت طبیعت تصادفی فضای جستجو پارامتر and برای ساختن یک مقدار تصادفی بین صفر و یک استفاده می شود همانطور که از معادله مشخص است سرعت هر ذره از سه جزء تشکیل شده است اولین جزء اثر وزن و اینرسی ذره را دخالت می دهد دومین وسومین جزء به ترتیب سرعت حرکت ذره در جهت بهترین راه حل گروهی و فردی به روز رسانی می کند. با داشتن سرعت هر ذره موقعیت جدید آن با استفاده از معادله زیر محاسبه می گردد. X k+1 = X k + v k+1, = 1,, n p )1( اثر هر یک از این سه جزء با سه ضریب ثابت مانند همگرایی انتخاب ضرایب بایددر نامعادله زیر صدق کند. و C 1 و C C 1 + C و 4 C 1 و > C > )1( کنترل می شود به صورت تجربی نشان داده شده است که به منظور.4 ω.9 در کل مقدار بهینه این ضرایب بستگی به شرایط دارد و باید به صورت جداگانه با سعی و خطا برای هر مسئله بهینه سازی محاسبه گردد و این در حالی است که بسیاری از این روش ها برای بهینه کردن این ضرایب گزارش شده است. مهمترین پارامتر تاثیرگذار که به صورت تطبیقی برای رسیدن به راه حل بهتر در زمان کوتاه تر با استفاده از روش فازی خود تطبیقی تنظیم می شود. بعد از بهدست آوردن موقعیت جدید ذرات مقدار گرد شده آنها با استفاده از تابع هدف محاسبه می شود اگر موقعیت جدید یک عضو مقدار تطابق بهتری نسبت به آن چیزی که قبال توسط آن عضو بهدست آمده است تولید کند موقعیت جدید حافظه ذره برای مقدار قبلی بهترین مکان جایگزین می گردد بعد از به روز شدن حافظه بهترین مقدار تطابق پیدا کرده به عنوان رهبر گروه در الگوریتم سعی و خطای بعدی انتخاب می گردد در این نقطه قبل از رفتن به مرحله تکرار سعی و خطا برای فرآیند بهینه سازی شرایط همگرایی چک می شود اگر شرایط مطلوب باشد پروسه بهینه سازی خاتمه می یابد و موقعیت ذره رهبر به عنوان حل مسئله بهینه سازی فرستاده می شود.

8 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac تنظیم تطبیقی با استفاده از روش منطق فازی م طقن برای بهبود بخشیدن به کارایی الگوریتم PSO به منظور رسیدن به همگرایی سریع تر مقدار به صورت تطبیقی در هر دوره زمانی با استفاده از تکنیک منطق فازی تنظیم می شود به این منظور فهمیدن اثر بر روی حرکات ذرات و اینکه چگونه می توانند به صورت تطبیقی برای رسیدن به کارایی بهتر تنظیم شوند مهم است. در طول سعی و خطاهای اولیه ذرات به صورت تصادفی توزیع می شوند ولی هنوز به سمت منطقه بهینه حرکت نکرده اندو بنابراین ذرات باید قدم های بزرگتری در پیدا کردن فضا یا مکان برای رسیدن به حل بهینه اختیار کنند بعد از سعی و خطا که ذرات در داخل ه بهینه قرار گرفته اند زمانی است که جستجوی کاهش اینرسی ذرات که منجر به یک پروسه جستجوی دقیق می شود کاهش یابد. دقیق و بنابراین گام های کوچکتر بیشتر مورد توجه قرار میگیرد. گام های کوچکتر می توانند با به صورت خالصه به منظور جستجوی موثر و کارآمد پروسه روش تجربی زیر در نظر گرفته می شود. 1 در زمان های ابتدایی الگوریتم باید مقادیر بزرگ )نزدیک به حد بسته روی باند 1/9 ) که منجر به جستجوی مکان گسترده تر و کامل تر می شود اختیار گردد. هنگامی که ذرات به سمت ناحیه بهینه می رسند باید به منظور احتمال جستجوی منطقه ای دقیق و موثر به صورت تدریجی کاهش یابد. در انتها یک تنظیم کننده بر اساس فازی برای کاهش تدریجی استفاده می شودسیستم فازی دو ورودی و یک خروجی دارد ورودی ها وزن اینرسی اخیر )( و مقادیر تابع هدف نرمال شده )NFV( هستند که به صورت زیر تعریف می گردند. NFV = FV FV n FV ax FV n )( که FV مقدار منطبق شده ذره در هر سعی و خطا و FV n FV ax و به ترتیب مینمیمم و ماکزیمم مقدار پیدا شده منطبق شده هستند. خروجی سیستم فازی تغییرات وزن اینرسی است () توابع اعضا و رول بیس )قانون پایداری( سیستم فازی در شکل )7( و جدول 1 است. 1 S M Input vaable NFV S M 1 NE.4.7 Input vaable Z PE Output vaable.4 شکل )7(: توابع عضویت مربوط به سیستم فازی پیشنهادی جدول )1(: قوانین پایهای سیستم فازی پیشنهادی NFV S M S Z PE PE M NE Z PE NE NE NE عبارت زیر استفاده می شود برای به روز رسانی وزن اینرسی در گذشته بر اساس ارزش خود و تنوع به دست آمده از سیستم فازی. ω k = ω k+1 + ω )3(

9 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. 5. نتایج شبیه سازی تابع هدف مینیمم خطای سرعت را بیان می کند. بخش اصلی مسئله متغیرهای بهینه سازی می باشند. که در اینجا ضرایب کنترل کننده سرعت k p و k به عنوان متغیرهای بهینه سازی انتخاب شده اند که در روند حل مسئله باید مقدار بهینه آنها به دست آید. قیود مسئله بهینه سازی حد باال و پایین پارامترهای بهینه سازی می باشد که به صورت زیر بیان می گردد. )4( شکل زیر سرعت مرجع و سرعت واقعی موتور را در تمام تکرار ها نشان می دهد سرعتی که کمترین اختالف با سرعت مرجع را دارد به عنوان تابع هدف نهایی انتخاب می شود. 4 k p 1 k شکل )8( : مقایسه ای میان سرعت مرجع و سرعت نامی در تکرارهای مختلف در این حالت مجموعه موتور و سیستم کنترل که با دقت خوبی شبیه سازی شده اند با این ضرایب بخش کنترل نیز کامل می شود. برای تست این مجموعه یک تغییر سرعت در یک بازه زمانی خاص در نظر گرفته می شود. با این روش دقت سیستم کنترل بررسی می شود و هم اینکه رفتار و عملکرد موتور از ابتدای بازه زمانی تا رسیدن به حالت پایدار نمایش داده می شود. شکل زیر تعقیب سرعت موتور را در بازه زمانی نمایش می دهد W(ad/ec) te(ec) شکل )9( : تعقیب سرعت موتور نسبت به سرعت مرجع از ابتدای بازه زمانی تا نقطه پایدار شکل فوق دقت سیستم کنترل را نمایش می دهد همانطور که مالحظه می شود تقریبا در 1/1 ثانیه موتور به سرعتی بسیار نزدیک با سرعت مرجع رسیده و تا نقطه پایدار موتور با این سرعت به کار خود ادامه می دهد. از این جا می توان گفت که دقت سیستم کنترل از لحاظ رسیدن و یا بسیار نزدیک شدن به سرعت مرجع قابل تحسین می باشد. در ادامه تغییر کمیات موتور در این بازه زمانی نمایش داده می شود. جریان محورهای مستقیم و متعامد در شکل های )11( و )11( نشان داده شده اند که با توجه به شتاب گیری ماشین با نرخ ثابت در لحظات اول این جریان تا لحظه 1/75 ثانیه مقدار زیادتری نسبت به لحظات پس از آن دارد. شکل )1( مقدار شار مرجع و شار واقعی را نشان می دهد که با توجه به کار زیر سرعت پایه مقدار آن ثابت می باشد. همانطور که مالحظه می شود پس از گذشت کمتر از 1/1 ثانیه شار به میزان مرجع خود رسیده و تقریبا خطا صفر شده است. گشتاور الکترومغناطیسی در شکل )13( نشان داده شده است که بهدلیل ممان اینرسی روتور و شتاب گیری در لحظات قبل از 1/75 ثانیه مقدار آن به مراتب بیشتر از لحظاتی که سرعت ماشین ثابت شده است. تابع هدف مساله بهینه سازی در طول 51 تکرار در شکل )14( نشان داده شده

10 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. است که پس از تقریبا 4 تکرار به مقدار بهینه خود رسیده است که این خود نشان از سرعت همگرایی روش بهینه سازی پیشنهادی می باشد. تغییرات ضریب اینرسی روش بهینه سازی انبوه ذرات در شکل )15( ارایه شده است که در ابتدا با گام بزرگتری فضای جواب را جستجو می کند و در تکرار های آخر این گام ها کوچک و کوچکتر می شود. 1 qe(ap) te(ec) شکل )11( : جریان محور q در بازه زمانی کنترل 1 de(ap) te(ec) شکل )11( : جریان محور d موتور در بازه زمانی کنترل ap(wb) te(ec) شکل )1( : تعقیب تغییرات شار روتور در بازه زمانی کنترل

11 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac Te(N) te(ec) شکل )13( : تغییرات گشتاور الکترومغناطیسی در بازه زمانی کنترل Objectve functon Iteaton شکل )14( : تغییرات تابع هدف در تکرار ها Ineta coeffcent of PSO Iteaton شکل )15( : تغییرات ضریب اینرسی تنظیم گر فازی در طول تکرارها 6. نتیجه گیری در این پژوهش کنترل برداری غیرمستقیم یک موتور القایی سه فاز با امتدادیابی در راستای شار روتور انجام گرفته است دلیل انتخاب کنترل برداری غیر مستقیم معایب روش مستقیم که همان نیاز به سنسور شار و در نتیجه هزینه و حجم باالی آن بود میباشد از طرف دیگر مختصات مرجع شار روتور در میان انواع مختصاتهای مرجع انتخاب شد دلیل این امر سادهتر شدن معادالت موتور القایی در این مختصات مرجع میباشد. سیستم دارای سه کنترل کننده سرعت گشتاور و فلو و دو کنترل کننده جریان میباشد که همگی از نوع تناسبی انتگرال گیر )PI( میباشند که این نیز در محیط متلب شبیه سازی شده است. برای بهدست آوردن مقدار بهینه ضرایب هر کدام از کنترل کننده ها با ارائه یک مسئله بهینه سازی و سپس حل آن به

12 The 9th Sypou on Advance n Scence and Technology (9thSASTech), Mahhad, Ian. 9thSASTech.kh.ac. کمک الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات این کار صورت گرفت. این الگوریتم از لحاظ پیدا کردن مقدار نهایی کلی تابع هدف و همچنین سرعت همگرایی باال در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت ضرایب بهینه شده در کنترل کننده ها قرار گرفتند و جواب های نهایی حاصل از شبیه سازی عملکرد قابل قبول و رضایت بخش سیستم را نمایش دادند. 7. مراجع [1] Hole. D. G, McGath B. P and Pake S. G, Cuent Regulaton Statege fo Vecto-Contolled Inducton Moto Dve, IEEE Tanacton on Indutal Electonc, Vol. 59, NO. 1, Octobe1 [] Mondal. S. K, Pnto. J. O. P and Boe. B. K, A Neual-Netwok-Baed Space-Vecto PWM Contolle fo a Thee-evel Voltage-Fed Invete Inducton Moto Dve, IEEE Tanacton on Indutal Electonc, Vol. 38, NO. 3, MAY/JUNE [3] Chba. A, Akaatu. D, Fukao. T and Azzu. R. M, An Ipoved Roto Retance Identfcaton Method fo Magnetc Feld Regulaton n Beangle Inducton Moto Dve, IEEE Tanacton on Indutal Electonc, Vol. 55, NO., FEBRUARY 8 [4] Buja. G and Kazekowk. M. P, Dect toque contol of PWM nvete-fed ac oto A uvey, IEEE Tan. Ind. Electon., vol. 51, no. 4, pp , Aug. 4. [5] Caade. D, Sea. G, Stefan. A, Tan. A and Za., DTC dve fo wde peed ange applcaton ung a obut flux-weakenng algoth, IEEE Tan. Ind. Electon., vol. 54, no. 5, pp , Oct. 7 [6] Pellegno. G, Bojo. R. I and Guglel. P, Unfed Dect-Flux Vecto Contol fo AC Moto Dve, IEEE Tanacton on nduty applcaton, vol. 47, no. 5, eptebe/octobe 11 [7] Pellegno. G, Aando. E and Guglel. P, Dect flux feld-oented contol of IPM dve wth vaable DC lnk n the feld-weakenng egon, IEEE Tan. Ind. Appl., vol. 45, no. 5, pp , Sep./Oct. 9. [8] Bojo. R, Guglel. P and Pellegno. G, Senole tato feld oented contol fo low cot nducton oto dve wth wde feld weakenng ange, nconf. Rec. IEEE IAS Annu. Meetng, 8, pp [9] Jenen. P. and oenz. R. D, A phycally nghtful appoach to the degn and accuacy aeent of flux obeve fo feld oented nducton achne dve, IEEE Tan. Ind. Appl., vol. 3, no. 1, pp , Jan./Feb [1] Holtz. J, Senole contol of nducton oto dve, Poc. IEEE, vol. 9, no. 8, pp , Aug.. [11] Va. P, Senole Vecto and Dect Toque Contol, Oxfod Unvety Pe, [1] Ong. C. M, Dynac Sulaton of Electc Machnay, Pentce-Hall PTR, [13] Boe. B. K, Powe Electonc and AC Dve, Pentce-Hall, [14] Dubey. G. K, Powe Seconducto Contolled Dve, Pentce-Hall, [15] Jannot. X, Vanne. J. C, Machand. C, Gab. G, Sant-Mchel. J and Sadanac. D, Multphyc Modelng of a Hgh-Speed Inteo Peanent-Magnet Synchonou Machne fo a Multobjectve Optal Degn, IEEE Tanacton on Enegy Conveon, Vol. 6, No., pp , 11 [16] Boa. T. C, Coelho.. S and ebenztajn., Bat-Inped Optzaton Appoach fo the Buhle DC Wheel Moto Poble, IEEE Tanacton on Magnetc,Vol. 48, Iue, pp ,1.