Έλεγχος του σύγχρονου κινητήρα χωρίς αισθητήρες
Creators: name: Ηλιούδης, Βασίλειος Χρ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Σύγχρονη Μηχανή (ΣΜ)
Έλεγχος χωρίς Αισθητήρες
Παρατηρητής Λειτουργίας Ολίσθησης
Τροποποιημένο Μοντέλο της ΣΜ
Synchronous Machine
Sensorless Control
Sliding Mode Observer
Modified Model of SM

description: Η έρευνα της διδακτορικής διατριβής αναφέρεται στην εύρεση μιας νέας μεθόδου ελέγχου ταχύτητας των σύγχρονων μηχανών χωρίς αισθητήρες βασισμένης στην μεθοδολογία των παρατηρητών λειτουργίας ολίσθησης (sliding mode observer-SMO). Αρχικά ο στόχος που τέθηκε ήταν η ανάπτυξη ενός νέου μαθηματικού μοντέλου της σύγχρονης μηχανής (ΣΜ), που να είναι κατάλληλο για έλεγχο χωρίς αισθητήρες σε ευρεία περιοχή ταχυτήτων και να μπορεί να εφαρμοσθεί σε όλους τους τύπους ΣΜ (έκτυπων πόλων ή μαγνητικά ομοιόμορφου διακένου). Το μοντέλο που αναπτύχθηκε εκφράζεται στο γδ εκτιμώμενο σύστημα αναφοράς και ονομάσθηκε τροποποιημένο μοντέλο (modified model) της ΣΜ. Με βάση την προσέγγιση του τροποποιημένου μοντέλου υλοποιήθηκε ένας παρατηρητής λειτουργίας ολίσθησης για την εκτίμηση της ροής ή του ρεύματος του στάτη. Η εκτίμηση της τροποποιημένης αντι-ηλεκτρεγερτικής δύναμης (ΑΗΕΔ), της γωνίας και της ταχύτητας του δρομέα της ΣΜ υλοποιείται χρησιμοποιώντας ως εισόδους τις συνιστώσες του ισοδύναμου ελέγχου που προκύπτουν από τον παρατηρητή λειτουργίας ολίσθησης. Επιπρόσθετα για την επίτευξη του στόχου προτάθηκε η χρήση μιας νέας μεθόδου ελέγχου εξασθένισης πεδίου (FWC), η οποία εφαρμόζεται στην περιοχή των ταχυτήτων πάνω από την βασική. Επίσης προτάθηκε μία μέθοδος υπερδιαμόρφωσης SVPWM (SVPWM Overmodulation) με σκοπό την βελτίωση της παρεχόμενης ισχύος, όταν ο αντιστροφέας λειτουργεί στην μη γραμμική περιοχή. Αρχικά η συνολική μέθοδος εκτίμησης και ελέγχου που προτείνεται ελέγχθηκε και επιβεβαιώθηκε με την χρήση του Matlab/Simulink της εταιρείας πάνω σε τρεις τύπους ΣΜ: με εσωτερικά τοποθετημένους μόνιμους μαγνήτες (έκτυπων πόλων-IPMSM), με επιφανειακά τοποθετημένους μόνιμους μαγνήτες (μη έκτυπων πόλων-SPMSM) και έκτυπων πόλων με ανεξάρτητη διέγερση του πεδίου του δρομέα. Στην πειραματική διάταξη χρησιμοποιείται μία κάρτα DS1104 της εταιρείας dSPACE (dSPACE DS1104 controller board) για την υλοποίηση των μετρήσεων, των αλγορίθμων των παρατηρητών, των ελεγκτών και του ελέγχου του αναστροφέα (SVPWM) στο γδ εκτιμώμενο σύστημα αναφοράς. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν ότι το συνολικό σύστημα παρατήρησης και ελέγχου της ΣΜ συγκλίνει πολύ γρήγορα επιτρέποντας τον έλεγχο της μηχανής σε μία ευρεία περιοχή ταχυτήτων συμπεριλαμβανομένων των πολύ χαμηλών και πολύ υψηλών ταχυτήτων (πάνω από την βασική). Επίσης το σύστημα είναι εύρωστο σε περίπτωση μεταβολών των παραμέτρων του και διαταραχών φορτίου.
description: The research of the thesis refers to finding a new method of speed control of synchronous machines without sensors based on the methodology of sliding mode observer (sliding mode observer-SMO). Initially the objective was to develop a new mathematical model of synchronous machine (SM), which is suitable for sensorless control in a wide speed range and it can be applied to all types of SM (Synchronous machine). The model developed is expressed in γδ estimated reference frame and named modified model (modified model) for the SU. With the approach of the modified model implemented a sliding mode observer to estimate the flow of current or the stator. Estimation of modified back electromotive force (EMF), angle and speed of the rotor is implemented using as inputs the components of the equivalent control provided by the Sliding Mode Observer (SMO). In addition to achieving robust speed control, a new method of field weakening control (FWC) is proposed, which is applied in the range of speeds over the base speed. Also a SVPWM overmodulation method is proposed to improve the power supply when the inverter operates in the non-linear region. Initially the overall proposed estimation and control method was tested and confirmed using the Matlab/Simulink of Mathworks on three types of SM: with internal permanent magnets (IPMSM), surface mounted permanent magnets (SPMSM) and with independent excitation of the rotor field. In the experimental setup a card DS1104 of dSPACE (dSPACE DS1104 controller board) is used to implement measurements, algorithms of observers, controllers and voltage inverter control (SVPWM) in γδ estimated reference frame. The results of the simulation and the experimental results verified that the overall system control and observation of SM converges very fast allowing the synchronous machine control in a wide speed range, including very low and very high speeds (above the base). Also the system is robust in the case of machine parameter changes and load disturbances