-F-EM-74 رويتگر گشتاور بار بر اساس رويتگرهاي سرعت و گشتاور كنترل برداري شده چكيده سمكو گلابي محمدباقر بناشريفيان ابراهيم باباي ي محمدرضا كرمي براي درايو كششي يك توان بالا كنترل برداري شده يك رويتگر گشتاور بار بر اساس رويتگرهاي سرعت و گشتاور الكترومغناطيسي موتور مطرح شده است. عملكرد اين رويتگر براي محاسبهي گشتاور بار در حالات گذرا نيز دانشگاه تبريز تبريز - ايران اصلاح شده است. رويتگر سرعت براي كنترل بدون سنسور درايو نيز بهكار ميرود. از رويتگر گشتاور بار ميتوان در يك سيستم خطاياب كه با مقايسهي بين مقادير گشتاور بار رويتشده و واقعي كه بهصورت اطلاعات ذخيره شده در مركز نگهداري موجود بوده استفاده كرد كه در موقع خطا آلارم ميدهد. نتايج شبيهسازي عملكرد رويتگرها و سيستم خطاياب را تاي يد ميكند. - مقدمه موتورهاي القايي محركهي اصلي صنعت و كارخانجات ميباشند []. سامان احمدي واژههاي كليدي: كنترل برداري رويتگر سرعت رويتگر گشتاور موتور رويتگر گشتاور بار سيستم خطاياب مستقيم براي ساخت آسانتر و از لحاظ هزينه ارزانتر بوده مستحكم بودن قابليت كاركرد در محيطهاي مختلف صنعتي بازدهي رضايت بخش و نياز به هزينهي نگهداري كمي دارند. ولي سرعت اين موتورها به آساني موتورهاي جريان مستقيم قابل كنترل نيست. اصول كنترل برداري شرايطي را براي كنترل مستقل گشتاور و شار با كنترل مستقل مولفههاي شارساز و گشتاورساز جريان استاتور با تنظيم دامنه فاز و فركانس ولتاژ تغذيه در يك قاب مرجع در موتورهاي القايي فراهم ميكند. در صنعت روش كنترل برداري بهدليل كارايي بالا از محبوبيت بالايي برخوردار است [2], [3]. در يك كنترل برداري شده براي كنترل موتور به سيگنالهاي موتور مانند سرعت گشتاور نياز است براي اين منظور از سنسورهايي براي اندازهگيري اين متغيرها استفاده ميشود. كاربرد سنسورهاي اضافي ميتواند قابليت اطمينان سيستم را كاهش دهد. مثلا سنسور سرعت از لحاظ موتورهاي القايي در مقابل موتورهاي جريان هزينه جايگزاري و قابليت اطمينان سيستم مشكلساز است.
اندازهگيري گشتاور موتور نيز بهطور مستقيم با محدوديتهايي مواجه است. بنابراين بهجاي بهكاربردن اين سنسورها ميتوان اين متغيرها را با استفاده از روشهاي محاسباتي مانند رويتگرها اندازه گرفت [4]. براي بالا بردن قابليت اطمينان سيستم و ايمني عملكرد اكثر درايوهاي كششي صنعتي مانند قطارها به سيستمهاي خطاياب 2 مجهز هستند [5], [6]. اين سيستمها با دانستن اطلاعاتي در مورد سيستم اطلاعاتي را به مركز نگهداري ميفرستد تا تصميمات لازم اعمال شود. ميتوان با استفاده از رويتگر سرعت و همچنين رويتگر گشتاور بار اطلاعاتي را در مورد عملكرد سيستم بهدست آورد و اگر خطايي در سيستم وجود داشته باشد در جهت رفع آن برآيد. براي سرعت رويتگرهاي زيادي بر اساس سيستمهاي مدل مرجع وفقي رويتگرهاي سرعت لوينبرگر فيلترهاي كالمن شبكههاي عصبي و غيره وجود دارد []-[7]. براي گشتاور بار در [2] بر اساس پاسخ سرعت و جريان مرجع و همچنين معادلات حركت موتور با استفاده از يك فيلتر پايين گذر مرتبه اول گشتاور اغتشاش و بار را تخمينزده است اين روش بيشتر براي موتورهاي جريان مستقيم مناسبتر است. در [3] يك رويتگر گشتاور بار بر اساس نظريهي گوپيناس طراحي شده است كه داراي ساختاري ساده و دقت بسيار بالايي است فقط دقت در انتخاب بهرهي رويتگرها بر تخمين متغير بسيار تاثير گذار است. بر اساس سيگنالهاي ورودي متناسب با گشتاور الكترومغناطيسي و سرعت شفت موتور امكان تخمين گشتاور اغتشاش بار وجود دارد [4]. رويتگر گشتاور بار مطرح شده در [5] داراي ساختارساده و دقيق است ولي به هر گونه سادهسازي و غيردقيق بودن در معادلات مكانيكي حساس است. رويتگر [6] با دقت كمتري كار ميكند چون فركانسهاي بالا فيلتر شدهاند. ايدهي مطرح شده در [7] جالب است براي سيستمهاي كنترلي كه با اصول v/f ثابت كار ميكنند مناسب است ولي براي سرعتهاي خيلي بالا قابل اجرا نيست. در [ 8]-[2 ]رويتگرهاي اغتشاش بار براساس روش كنترلي مد لغزشي در لحظاتي كه تغيير سرعت داريم و بيشترين خطا ظاهر ميشود اراي ه شده است كه نتايج شبيهسازي و آزمايشگاهي داراي دقت قابل قبولي است. در [2] متغيرهاي مكانيكي موتور مانند گشتاور و سرعت با استفاده از فيلتر كالمن توسعه يافته غيرخطي تخمينزده شدهاند نتايج نيز قابل قبول است. در اين مقاله براي درايو كششي كه از يك توان بالا استفاده كرده و بر اساس روش كنترل برداري كنترل مي شود رويتگرهاي سرعت گشتاور موتور گشتاور بار بههمراه معادلات و بلوك دياگرامهايشان تحليل ميشوند. همچنين يك سيستم خطاياب براي بالا بردن قابليت اطمينان سيستم پيشنهاد شده است كه موقع خطا به مركز نگهداري آلارم ميدهد. نتايج شبيهسازي روي يك موتور 5 KW عملكرد رويتگرها و سيستم خطاياب را تاي يد ميكند. 2- رويتگرهاي بهكار برده شده در درايو در درايو يك بهطور مرسوم ترانسديوسرهاي ولتاژ و جريان براي اهداف مونيتورينگ نصب شدهاند بنابراين اين سيگنالها به آساني در دسترس هستند پس با استفاده از روابط موتور و بار و سيستم كنترلي ميتوان ساير متغيرهاي موردنظر مانند سرعت گشتاور موتور و بار را با استفاده از رويتگرهايي محاسبه كرد. يعني ورودي رويتگرها جريان و ولتاژ موتور بوده و خروجي نيز سيگنال موردنظر باشد. براي درايو رويتگرهاي سرعت گشتاور موتور و گشتاور بار تحليل ميشود. -2 رويتگر سرعت يك رويتگر سرعت مجموعهاي از معادلات ديفرانسيلي است كه شبيه به روابط مدل موتور است كه داراي فيدبكهاي داخلي است كه مقادير تخمينزده شده را با مقادير اندازهگيريشده مقايسه ميكند. ورودي رويتگر سرعت معمولا چهار سيگنال ولتاژ و جريان موتور است و خروجي آن سرعت تخمينزده شدهي موتور است.
3 با استفاده از روابط حاكم بر عملكرد يك موتور و اصول سيستم مدل مرجع وفقي يك رويتگر سرعت تحليل ميشود. روابط ولتاژ در قاب مرجع استاتور بهصورت زير v = R i λ ( ) v = R i - j λ i بهترتيب بردار λ i v λ i v است () (2) كه و ولتاژ جريان و شار استاتور و روتور در قاب مرجع استاتور R R (ساكن) هستند و و بهترتيب مقاومت استاتور و روتور و سرعت زاويهاي روتور و عملگر مشتق است. بردارهاي شار و جريان در استاتور و روتور بهصورت زير λ m i = λ m i m اندوكتانس استاتور و روتور و متقابل باهم رابطه دارند: (3) كه موتور هستند. با استفاده از معكوس ماتريس رابطهي () بهدست ميآيد: λ = λ σ i m i = λ - i ( ) m 2 m σ =- σ ضريب نشتي كلي و برابر است با: (4) (5) كه (6) با جايگزيني روابط (4) و (5) در رابطههاي () و (2) و v با قرار دادن ولتاژ روتور برابر صفر يعني = λ = v -( R σ ) i m m λ = j - R λ i τ τ ثابت زماني روتور است. با تجزيهي روابط (7) و مرتبسازي داريم: τ (7) (8) (8) به مولفههاي q-d متناظر آنها بهترتيب روابط ماتريسي كه زير بهدست ميآيد: λ v d d R σ i = - d R σ λq m v q iq λ d i d τ λ d = m - λ q τ i q -τ λ q e رابطههاي (9) و () بهطور مستقل مولفههاي بردار شار (9) () روتور را در قاب مرجع استاتور محاسبه ميكنند و با توجه به آنكه رابطهي (9) شامل متغير تخمينزده شده يعني سرعت روتور نيست بلوكي كه از اين رابطه استفاده ميكند ميتواند بهعنوان يك مدل مرجع و بلوكي كه از رابطهي () استفاده ميكند چون شامل سرعت روتور است بهعنوان مدل قابل تنظيم در نظر گرفته شوند (شكل ). تفاوت حالت دو مدل به يك كنترلر خطي اعمال ميشود. اين كنترلر سرعت را براي مدل قابل تنظيم رويت ميكند. در اين مقاله از ساختار خاصي از كنترلر [23] PI استفاده ميشود كه داراي دقت بالايي است و در شكل 2 نشان داده شده است. بلوك دياگرام رويتگر حلقه بستهي سرعت موتور با جزي يات بيشتر در شكل v i 3 نشان داده شده است. شكل : شماتيك كلي يك رويتگر حلقه بستهي سرعت شكل 2: ساختار كنترلر PI معادلات (9) بهكار رفته در رويتگر k k معادلات () i k c λ λ ± ε كنترلر PI imite ˆ
از اين رويتگر سرعت در سيستم كنترل برداري رويتگر گشتاور بار و همچنين براي كنترل بدون سنسور درايو استفاده ميشود. بلوك دياگرام يك رويتگر گشتاور الكترومغناطيسي در شكل 4 نشان داده شده است. R σ شكل 4: بلوك دياگرام رويتگر گشتاور الكتريكي موتور القايی v abc i abc v d i d i q v q R R P 3 22 v abc i abc v d i d i q v q R σ τ τ k ik k c ˆ coected c 2 b c ˆ شكل 3: بلوك دياگرام رويتگر حلقه بستهي سرعت 4 2-2 رويتگر گشتاور الكترومغناطيسي موتور در روش كنترل برداري يك براي كنترل حلقه بستهي سيستم به گشتاور موتور نياز است. بهجاي اندازهگيري گشتاور ميتوان يك رويتگر گشتاور الكتريكي موتور استفاده كرد كه با استفاده از ولتاژ و جريان اندازهگيري شدهي مقدار آن را تخمين بزند. با استفاده از روابط حاكم بر عملكرد موتور يك رويتگر گشتاور الكتريكي تحليل ميشود. با استفاده از رابطهي () و تجزيهي آن به مولفههاي q-d متناظرشان بهدست ميآيد: λ =v -R i d d d λ =v -R i q q q () (2) كه (3) عملگر مشتق است. با انتگرالگيري داريم: λ = v -R i λ = v -R i ( ) d d d ( ) (4) براي گشتاور توليدي موتور رابطهي زير را داريم: q q q 3 T= ( iq λd -id λq ) (5) 22 با استفاده از جريان و ولتاژهاي اندازهگيري شدهي موتور و روابط (3) تا (5) ميتوان گشتاور موتور را تخمين زد. براي پايدارتر كردن عملگر رويتگر يك قطب (b) به آن افزوده ميشود: b 3 T= i λ -i λ b 2 2 ( q d d q ) (6) اين رويتگر نسبتا دقيق است مخصوصا در فركانسهاي متوسط و بالاي جريانهاي استاتور كه تغييرات عملي مقاومت استاتور يك تاثير جزي ي روي شار استاتور دارد. از اين گشتاور b b Tê هم بهعنوان فيدبك در سيستم كنترل برداي و هم در رويتگر گشتاور بار ميتوان استفاده كرد. 3-2 رويتگر گشتاور بار محاسبات رويتگر گشتاور بار بر اساس معادلات ديفرانسيلي است كه متغيرهاي اندازهگيري شدهي موتور مانند ولتاژ جريان و سرعت به عنوان ورودي هستند و خروجي رويتگر گشتاور بار محاسبه شدهي موتور است. با استفاده از روابط حاكم بر عملكرد موتور يك رويتگر گشتاور بار را ميتوان از رابطهي حركت آن بهدست آورد. رابطهي اصلي حركت يك موتور بهصورت زير است: d T e = J T Bm (7) dt كه با مرتب سازي براي گشتاور بار داريم: d T =Te -J -Bm (8) dt d با استفاده از عملگر به جاي و نماد ^ براي dt سرعت و گشتاور رويتشده و مرتبسازي رابطهي (7) و اعمال يك فيلتر پايين گذر (قطب (a)) براي ميرايي سريعتر و تاثير كمتر شرايط محيطي داريم: ˆ a T ˆ ( ) ˆ = Te- JBm a (9)
براي آنكه بتوان گشتاور بار موتور را از رابطهي بالا تخمين زد بايستي مقادير گشتاور الكتريكي و سرعت موتور در دسترس باشند بهجاي سنسورها براي اين منظور ميتوان از رويتگرهاي گشتاور و سرعت مطرح شده بهترتيب در شكلهاي 3 و 4 استفاده كرد. بلوك دياگرم كلي يك رويتگر گشتاور بار در شكل 5 نشان داه شده است. شكل 5: بلوك دياگرام رويتگر گشتاور بار موتور شكل 6: تصحيح عملكرد رويتگر گشتاور بار در بازههاي تغيير سرعت بديهي است كه در حالتهاي گذرا يعني زمانهايي كه تغيير سرعت داريم گشتاور توليدي موتور نيز متناسب با افزايش يا كاهش سرعت تغيير ميكند. چون در ساختار رويتگر گشتاور بار شكل 5 رويتگر گشتاور توليدي موتور نيز وجود دارد اين تغييرات در رويتگر گشتاور بار نيز ظاهر ميشود كه مطلوب نيست و باعث ميشود كه رويتگر گشتاور بار در بازههاي گذرا كه تغيير سرعت داريم داراي خطاي زيادي باشد. براي رفع اين مشكل يك ساختار تصحيح كننده پيشنهاد شده كه در حالات گذرا كه تغيير سرعت داريم عمل 5 t- كه سرعت ميكند. مطابق شكل 6 در بازهي زماني افزايش مييابد يعني شيب منحني سرعت داراي مقداري مثبت است يك كاهندهي بهره مقدار گشتاور بار رويتشده را در آن بازه كاهش ميدهد. در بازهي زماني t2 -t3 كه v i Tˆ زمان رويتگر گشتاور بار T ê ˆ j B m a a ثابت ˆ T ê رويتگر گشتاور رويتگر سرعت ثابت شكل موج سرعت شيب منحني سرعت گشتاور بار رويتگر تصحيح شده Sloe > توليد كننده ي < Gain بهره =شيب = Sloe Gain = Sloe < Gain > t t 2 t 3 Gain = كاهش سرعت داريم يعني شيب منحني سرعت يك مقدار منفي است يك افزايندهي بهره مقدار گشتاور بار رويتشده را در آن بازه افزايش ميدهد. در بقيهي بازههاي كه سرعت ثابت است مقدار گشتاور بار رويتشده ثابت باقي ميماند. تشخيص افزايش يا كاهش سرعت با استفاده از شيب شكل موج سرعت با بهكارگيري يك مشتقگير در رويتگر سرعت صورت ميگيرد. مقدار بهرهها با توجه به مشخصات و شرايط كاري موتور و همچنين مقدار گشتاور بار واقعي موتور تعيين ميشود. با توجه به موارد بحث شده در بالا ساختار تصحيح شدهي گشتاور بار رويت شده رويتگر گشتاور بار در شكل 7 نشان داده شده است. شيوهي عملكرد به اين صورت است كه با استفاده از شيب منحني رويتگر سرعت در بازههاي زماني مطلوب فرمان لازم به بلوك توليد كنندهي بهره داده شده و مقدار گشتاور بار رويتشده در مقدار بهرههاي مناسب ضرب ميشود. اگر مقدار متوسط شيب مثبت باشد گشتاور بار رويتشده با ضربدر بهرهي كوچكتر از يك كاهش داده ميشود اگر مقدار متوسط شيب منفي باشد گشتاور بار رويتشده با ضربدر بهرهي بزرگتر از يك افزايش داده ميشود در غير اين صورت يعني بازههايي كه سرعت ثابت است و مقدار متوسط شيب صفر است مقدار گشتاور باررويتشده ثابت باقي ميماند. در اين ساختار گشتاور بار با دقت بالايي تخمينزده ميشود. شكل 7: ساختار كلي رويتگر گشتاور بار تصحيح شده v i Tˆ رويتگر گشتاور بار T ê رويتگر گشتاور ˆ Tˆe ˆ j B m a a بررسي شيب منحني سرعت If Sloe aveage i oitive If Sloe aveage i zeo If Sloe aveage i negative توليد كننده ي بهره Gain > Gain = Gain < d dt T ˆ coected رويتگر سرعت
3- سيستم خطاياب آلارم براي درايو سيستم يك سيستم خطاياب پيشنهاد شده است. براي تشخيص عيب در سنسور سرعت يا سيستم انتقال گشتاور از رويتگرهاي سرعت و گشتاور بار مطرح شده در بخشهاي -2 و 3-2 استفاده ميشود كه براي قابليت اطمينان و امنيت عملكرد درايو است. در حالت وجود خطاي سنسور سرعت ميتوان كنترل درايو را به حالت كنترل بدون سنسور تغيير داده و با استفاده از رويتگر سرعت موتور را كنترل كرد. كنترل سيگنال هاي مرجع و فرماني سيستم خطاياب و تصميم گيري كاهنده افزاينده رويتگر گشتاور بار رويتگرهاي سرعت و گشتاور ˆ الكترومغناطيسي شكل 8: شماتيك كلي سيستم خطاياب سيستم انتقال گشتاور همهي مساي ل داخل سيستم انتقال گشتاور در گشتاور بار موتور قابل تعيين هستند. در عمل تحليل و آناليز گشتاور بار خيلي پيچيدهتر از تحليل سرعت محاسبه شده است چون در گشتاور بار فركانسهاي زيادي وجود دارد كه با توجه به سرعت موتور بار موتور و مواردي ديگر تغيير ميكند. در سيستم خطاياب مطرح شده آناليز گشتاور بار موتور روي فركانسهاي مشخصهي آن صورت نميگيرد بلكه با استفاده از مقايسهي اندازهي گشتاور بار واقعي و تخمينزده شده مطابق شكل 8 انجام ميشود. سيستم خطاياب اندازهي گشتاور بار واقعي را با استفاده از اطلاعات قبلي ناشي از عملكرد درايو براي حالات مختلف كه در مركز نگهداري ثبت شده است با اندازهي گشتاور بار رويتشده مقايسه ميكند. در صورتيكه خطاي ناشي از تفاضل اين دو مقدار از حدي بيشتر باشد به مركز نگهداري آلارم ميدهد. در سيستم خطاياب عدد يك به منزلهي وجود خطا در سيستم و روشن شدن چراغ يا آژير در مركز نگهداري است و عدد صفر به معني وجود نداشتن خطا است. در صورت وجود خطايهاي 6 شديدتر در قسمت مكانيكي انتقال گشتاور اگر گشتاور بار بهشدت تغيير كند سيستم خطاياب بايستي ماكزيمم گشتاور توليد شده توسط موتور را كنترل و مقدار سيگنالهاي مرجع و فرماني را كم و زياد كند تا درايو با سرعت مطلوبي به حركت خود ادامه دهد. 4- سيستم درايو درايو كه از روش كنترل برداري مستقيم در قاب مرجع شار روتور استفاده ميكند بهطور شماتيك در شكل 9 نشان داده شده است. سرعت مرجع با سرعت واقعي موتور مقايسه ميشود و گشتاور و شار مرجع توليد ميشود. گشتاور و شار مرجع با گشتاور و شار محاسبهشده پس از عبور از كنترلرها جريانهاي مرجع را در قاب مرجع روتور توليد ميكنند اين دو جريان با استفاده از تبديلات پارك به جريانهاي مرجع در قاب استاتور تبديل ميشوند و با استفاده از اينورتر موتور را تغذيه ميكنند. سيستم خطاياب با استفاده از رويتگرها در حالت وجود خطاي به مركز نگهداري آلارم ميدهد و در حالت قطع سنسور سرعت مد كنترلي را به حالت كنترل بدون سنسور تغيير ميدهد. در كل درايو سيستم داراي قابليت عملكرد و ايمني بالا است. شكل 9: شماتيك كلي درايو بههمراه رويتگرها و سيستم خطاياب 5- نتايج شبيهسازي v i T ê Tˆ T Tˆ - T >Elimit command Te command گشتاور بار i v abc abc تبديلات محاسبه گر متغيرها رويتگرها اينورتر ± T λ ± Δλ ± ΔT e QS e DS θ q d a b c i a i b i c عملكرد درايو و همچنين رويتگرها و سيستم خطاياب با استفاده از نرم افزار متلب براي دو حالت نمونه شبيهسازي command ˆ - >Elimit i abc θˆ Tˆ ˆ λ ˆ آلارم كنترل سيگنال مرجع منبع تغذيه رويتگرهاي سرعت و گشتاور بار سيستم خطاياب و تصميم گيري كنترل بدون سنسور در صورت لازم گشتاور بار
شكل : شكل موج سرعت مرجع و واقعي موتور Seed (m) 3 Refeence Seed Actual Seed 25 2 5 5 2 3 4 5 6 7 8 Time () 4 Actual Toque Refeence Toque 2 شده است. در حالت اول ابتدا موتور در سرعت ثابت m است. در حالت دوم در سرعت m راهاندازي شده و در لحظه 3.5 سرعت موتور به 25 m افزايش مييابد. گشتاور بار موتور در دو حالت در مقدار 7 N.m ثابت فرض ميشود. براي شبيهسازي از يك 5 KW كه مشخصات آن در جدول آورده شده استفاده ميشود. جدول : مشخصات درايو Pmax Un f n R R 5 KW 46 V 6 Hz.48 Ω.93 Ω.32 H.32 H m.46 H Pole numbe 4 J 3 kg.m^2-5 كنترل برداري درايو درايو بر اساس مقادير مرجع فرماني راهاندازي ميشود. شكل موجهاي سرعت مرجع و واقعي موتور در دو حالت در شكلهاي و نشان داده شده است. زمان حالت گذرا بهدليل ممان اينرسي بزرگ موتور نسبتا زياد طول ميكشد. شكل موج گشتاور مرجع موتور كه با استفاده از سرعت مرجع بهدست ميآيد و گشتاور توليدي آن در شكل 2 و 3 نشان داده شده است. گشتاور موتور نيز مطابق سرعت موتور در لحظات گذرا تغيير ميكند و در حالت پايدار با گشتاور بار مطابقت دارد و آن را تامين ميكند. شكل 2: گشتاور الكترومغناطيسي مرجع و توليدي موتور شكل 3: گشتاور الكترومغناطيسي مرجع و توليدي موتور 8 6 4 2.5.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-2 5 رويتگر سرعت با استفاده از بلوك دياگرام شكل 3 براي شرايط حالت اول و دوم شبيهسازي در شكل 4 و 6 سرعت واقعي موتور و سرعت رويتشده با افزودن يك قطب به رويتگر نشان داده شده است. در حالت گذرا رويتگر نتوانسته سرعت را تخمين بزند. براي بهبود عملكرد دو قطب با توجه به ضرايب تابع تبديل (35=c,=b) به رويتگر افزوده شده در اين حالت رويتگر سرعت واقعي موتور را با دقت خيلي بالايي در شكل 5 و 7 تخمينزده است. Time () Toque (N.m) Toque (N.m) 4 2 8 6 4 2 Actual Toque Refeence Toque 2 3 4 5 6 7 8 Time () 2 Actual Seed Obeved Seed 2 Actual Seed Refeence Seed 8 8 Seed (m) 6 4 Seed (m) 6 4 2 2.5.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Time () 7 شكل : شكل موج سرعت مرجع و واقعي موتور شكل 4: شكل موج سرعت واقعي و رويتگر سرعت (با يك قطب).5.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Time ()
4 2 Actual Toque Obeved Toque 2 Actual Seed Obeved Seed 8 Toque (n.m) 8 6 Seed (m) 6 4 4 2 2 2 3 4 5 6 7 8 Time () شكل 5: شكل موج سرعت واقعي و رويتگر سرعت (با دو قطب) شكل 9: شكل موج گشتاور واقعي موتور و رويتگر گشتاور موتور.5.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Time () شكل 6: شكل موج سرعت واقعي موتور و رويتگر (با يك قطب) شكل 7: شكل موج سرعت واقعي و رويتگر سرعت (با دو قطب) -3 5 رويتگر سرعت با استفاده از بلوك دياگرام شكل 4 براي دو حالت شبيهسازي گشتاور واقعي موتور و مقدار رويتشده در شكلهاي 8 و 9 نشان داده شدهاند. همانطور كه ديده ميشود رويتگر گشتاور واقعي موتور را با دقت خوبي تخمينزده است. -4 5 رويتگر گشتاور بار با استفاده از بلوك دياگرام شكل 5 براي دو حالت شبيهسازي گشتاور واقعي موتور و مقدار رويتشده در شكلهاي 2 و 2 نشان داده شدهاند. همانطور كه ديده ميشود رويتگر گشتاور بار واقعي موتور را غير از حالات گذرا با دقت قابل قبولي تخمينزده است. با استفاده از ساختار تصحيح شده شكل 7 گشتاور بار واقعي و رويت شده براي دو حالت شبيهسازي در شكلهاي 22 و 23 نشان داده شده است. اين نتايج نشان ميدهند كه عملكرد رويتگر در حالات oad Toque (N.m) oad Toque (n.m) 9 8 7 6 5 4 3 2 9 8 7 6 5 4 3 2 گذرا خيلي بهبود يافته است. Actual oad Toque Obeved oad Toque.5.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Time () شكل 2: شكل موج گشتاور واقعي بار و رويتگر گشتاور بار Seed (m) Seed (m) 3 25 2 5 5 3 25 2 5 5 Actual Seed Obeved Seed 2 3 4 5 6 7 8 Time () Actual Seed Obeved Seed 2 3 4 5 6 7 8 Time () Actual oad Toque Obeved oad Toque 2 3 4 5 6 7 8 Time () 9 8 شكل 2: شكل موج گشتاور واقعي بار و رويتگر گشتاور بار Actual oad Toque Obeved oad Toque 4 2 Actual Toque Obeved Toque oad Toque (N.m) 7 6 5 4 3 2 Toque (N.m) 8 6 4 2 2 3 4 5 Time () 8 شكل 8: شكل موج گشتاور واقعي موتور و رويتگر گشتاور موتور شكل 22: گشتاور واقعي بار و رويتگر گشتاور بار تصحيحشده.5.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 time ()
شكل 23: گشتاور واقعي بار و رويتگر گشتاور بار تصحيح شده -5 5 سيستم خطاياب سيستم خطاياب براي تغييرات ناگهاني گشتاور بار نيز عمل ميكند. با استفاده از شرايط عملكرد موتور مشخصات گشتاور بار در مركز نگهداري ذخيره شده است. حال هر جايي كه گشتاور بار موتور با اطلاعات گشتاور بار ذخيرهشده مطابقت نكند با استفاده از رويتگر گشتاور بار و سيستم خطاياب يك هشدار به مركز نگهداري فرستاده ميشود. فرض ميكنيم در لحظهي 6.5 گشتاور بار بهطور ناخواسته خيلي كاهش يابد (شكل 24). عملكرد سيستم خطاياب با استفاده از رويتگر گشتاور بار در شكل 25 نشان داده شده است. سيستم خطاياب در لحظات گذرا و حالت وقوع عيب سيستم چون گشتاور بار با مقدار حالت ذخيرهشدهي آن در مركز نگهداري فرق ميكند به مركز آلارم ميدهد. البته فقط روشن بودن آلارم به مدت زياد بيانگر وجود خطا در سيستم انتقال گشتاور است. شكل 24: عملكرد سيستم خطاياب با استفاده از رويتگر گشتاور بار در نهايت براي قابليت اطمينان سيستم براي دو حالت نمونه عملكرد رويتگر گشتاور بار ساختار تصحيح شده و سيستم خطاياب بر اساس رويتگر سرعت براي كنترل بدون سنسور شبيهسازي شده است. براي شبيهسازي رويتگر گشتاور بار موتور با سرعت 2 3 راهاندازي ميشود. در زمان 7 N.m و با گشتاور m گشتاور بار به 2 N.m كاهش مييابد و در لحظات 4.5 و 6.5 مقدار آن به 5 N.m و 7 N.m افزايش داده ميشود. مقدار گشتاور بار واقعي و رويتشده نشان داده شده در شكل 26 دقت اين رويتگر را بهخوبي نشان ميدهد. شكل 26: شكل موج گشتاور واقعي بار و رويتگر گشتاور بار براي سيستم خطاياب و كنترل بدون سنسور سرعت ابتدا موتور در سرعت m راهاندازي ميشود در زمان 3 سرعت موتور به 25 m افزايش مييابد و در زمان 6 سرعت موتور به 5 m كاهش مييابد. گشتاور اعمالي 7 N.m است و در زمان 7 به 4 N.m كاهش مييابد. براي oad Toque (N.m) oad Toque (N.m) 9 8 7 6 5 4 3 2 9 8 7 6 5 4 3 2 Obeved oad Toque Actual oad Toque 2 3 4 5 6 7 8 Time () Obeved oad Toque Actual oad Toque Saved Peviouly Data 2 3 4 5 6 7 8 Time () اين حالت عملكرد سيستم خطاياب بررسي ميشود. براي شبيهسازي اين قسمت فرض ميكنيم در لحظهي 2.5 سنسور سرعت موتور بر اثر عيب بهطور كامل قطع ميشود. سپس موتور با استفاده از سيستم خطاياب در لحظهي 2.5 به كنترل بدون سنسور تغيير حالت داده و موتور را كنترل ميكند. همچنانكه در شكل 27 ديده ميشود موتور بهطور عادي به حركت خود ادامه ميدهد. oad Toque (N.m) 9 8 7 6 5 4 3 2 Obeved oad Toque Actual oad Toque 3 25 2 3 4 5 6 7 8 Time () Senole Contol Obeved Seed Actual Seed 2 Seed (m) 5.5 : Alam i ON : Alam i OFF 5.5-5 2 3 4 5 6 7 8 9 Time () 9 شكل 25: اعلام آلارم به مركز نگهداري با استفاده از سيستم خطاياب شكل 27: كنترل بدون سنسور درايو با استفاده از رويتگر سرعت -.5 2 3 4 5 6 7 8 Time ()
[] C. acu, I. Boldea and F. Blaabjeg, Comaative Study of Adative and Inheently Senole Obeve fo Vaiable-Seed Induction Moto Dive, IEEE Tan. Ind. Electon., Vol. 53, No.,. 57 65, Feb. 26. [] D. Taoe, F. Pletan, A. Glumineau and J. eon, Senole Induction Moto: High-Ode Sliding- Mode Contolle and Adative Inteconnected Obeve, IEEE Tan. Ind. Electon., Vol. 55, No.,. 388 3827, Nov. 28. [2] S. Katua, J. Suzuki, and K. Ohnihi, Puhing oeation by flexible maniulato taking envionmental infomation into account, IEEE Tan. Ind. Electon., vol. 53, no. 5,. 688 697, Oct. 26. [3] K. Ohnihi, M. Shibata, and T. Muakami, Motion contol fo advanced mechatonic, IEEE/ASME Tan. Mechatonic, vol., no.,. 56 67, Ma. 996. [4] M. S. Tondo, Minimizing electomechanical ocillation in the dive with eilient couling by mean of tate and ditubance obeve, in Poc. EPE, Bighton, U.K.,. 36 365, 993. [5] A. ewicki, Toque Vibation Comenation On The Aynchonou Machine Shat, Ph.D. Dietation, Gdank Univeity Of Technology, Faculty of Electical and Contol Engineeing, Gdank, Poland, 23. [6] J. Meditch, G. H. Hotette, Obeve Fo Sytem With Unknown And Inacceible Inut, Intenational Jounal Of Contol, Vol. 6, No. 3, P. 473-48, 974. [7] M. A. Bdy and T. Du, Algoithm fo joint tate and aamete etimation in induction moto dive ytem, in Poc. IEEE Int. Conf. Contol, Edinbugh, U.K.,. 95 92, 99. [8] S. Kadowaki, K. Ohihi, S. Yaukawa, and T. Sano, Anti-kid e-adheion contol uing tangential foce etimato baed on ditubance obeve fo electic commute tain, in Poc. Int. Conf. Contol Al., Taiei, Taiwan,. 24 29,, 24. [9] A. Hace, K. Jezenik, and A. Šabanovic, SMC with ditubance obeve fo a linea belt dive, IEEE Tan. Ind. Electon., vol. 54, no. 6,. 342 342, Dec. 27. [2] D. Bambilla,. M. Caiani, A. Feaa, and P. Piu, Fault detection fo obot maniulato via econdode liding mode, IEEE Tan. Ind. Electon., vol. 55, no.,. 3954 3963, Nov. 28. [2] K. Szabat and T. Olowka-Kowalka, Pefomance imovement of indutial dive with mechanical elaticity uing nonlinea adative Kalman filte, IEEE Tan. Ind. Electon., vol. 55, no. 3,. 75 84, Ma. 28. [22] R. Cádena, R. Peña, J. Clae, G. Ahe, and J. Pobote, MRAS Obeve fo Senole Contol of Doubly-Fed Induction Geneato, IEEE Tan. On Powe Electonic, Vol. 23, No. 3, May 28. [23] M. Maiala, B. Vafakhah, J. Salmon and A. M. Knigh, Fuzzy Self-Tuning Seed Contol of an Indiect Field- Oiented Contol Induction Moto Dive IEEE Tan. On Induty Alication, Vol. 44, No. 6, Nov. Dec. 28. 6- نتيجهگيري با استفاده از روش كنترل برداري درايو كششي يك موتور القايي بهخوبي كنترل شده است. رويتگر سرعت براساس سيستم مدل مرجع وفقي داراي ساختار ساده و دقت خيلي بالا است. اين رويتگر بههمراه رويتگر گشتاورالكترومغناطيسي موتور در ساختار رويتگر گشتاور بار بهكار رفتهاند. عملكرد رويتگر گشتاور بار در حالات گذرا با استفاده از يك ساختار تصحيحكننده خيلي بهبود يافته است. همچنين سيستم خطاياب مطرح شده در موقع خطا به مركز نگهداري آلارم ميدهد و عملكرد درايو را با حالت كنترل بدون سنسور به خوبي كنترل ميكند كه قابليت اطمينان و ايمني سيستم را افزايش ميدهد. نتايج شبيهسازي نيز عملكرد رويتگرها و سيستم خطاياب را تاي يد كرده است. 7- منابع [] I. Boldea and S. A. Naa, Electic Dive, 25. [2] R. J. Wai and K. M. in Robut Decouled Contol of Diect Field-Oiented Induction Moto Dive, IEEE Tan. On Indutial Electonic, Vol. 52, No. 3, June 25. [3] R. J. Wai and H. H. Chang Backteing Wavelet Neual Netwok Contol fo Indiect Field-Oiented Induction Moto Dive, IEEE Tan. On Neual Netwok, Vol. 5, No. 2, Ma. 24. [4] J. Holtz, Senole Contol of Induction Machine With o Without Signal Injection?, IEEE Tan. Ind. Electon., Vol. 53, No., 7 3, Feb. 26. [5] J. Guzinki, M. Diguet, Z. Kzeminki, A. ewicki, and H. A. Rub, Alication of Seed and oad Toque Obeve in High-Seed Tain Dive fo Diagnotic Puoe, IEEE Tan. On Indutial Electonic, Vol. 56, No., Jan. 29. [6] J. Guzinki, M. Diguet, Z. Kzeminki, A. ewicki, And H. A. Rub, Seed and oad Toque Obeve Alication in High-Seed Tain Electic Dive, IEEE Tan. On Indutial Electonic, Vol. 57, No. 2, Feb. 2. [7] M. Hinkkanen, Analyi and Deign of Full-Ode Flux Obeve fo Senole Induction Moto, IEEE Tan. Ind. Electon., Vol. 5, No. 5,. 33 4, Oct. 24. [8] R. Magueanu, C. Ila, V. Botan, M. Cuibu and V. Radut, uenbege, Kalman, Neual Obeve And Fuzzy Contolle fo Seed Induction Moto Contol, Electotehnica, Enegetica, Electonica, Buletinul Intitutului Politehnica, Vol. XVI (), No. 5, Romania,, 2. [9]. Hanefo and M. Hinkkanen, Comlete Stability of Reduced-Ode and Full-Ode Obeve fo Senole Imdive, IEEE Tan. Ind. Electon., Vol. 55, No. 3,. 39 329, Ma. 28.