Sabit mıknatıslı senkron motorun DSP tabanlı doğrudan moment kontrolü
Direct torque control based on DSP of permanent magnet synchronous motor
Yazar: HAKAN ÇELİK
Danışman: PROF. DR. HASAN KÜRÜM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mikroişlemci teknolojisindeki gelişmeler ve güçlü mıknatısların üretilmesi ile birlikte Sabit Mıknatıslı Senkron Motorların (SMSM) kullanımı günümüzde giderek yaygınlaşmaktadır. SMSM'ler basit yapıları, yüksek verim değerleri ve birim hacim başına elde edilen yüksek güç oranı nedeniyle diğer motorlara göre daha fazla tercih edilmektedirler. SMSM'lerin kullanıldığı sürücü sistemlerinde motor kontrol yöntemi olarak v/f, Alan Yönlendirmeli Kontrol (AYK) ve Doğrudan Moment Kontrolü (DMK) kullanılmaktadır. DMK, dinamik cevabının ve performansının iyi olması nedeniyle diğer kontrol yöntemlerine göre daha üstün bir çalışma performansı sağlamaktadır. Bu nedenle son zamanlarda, SMSM'lerin kontrol yöntemi olarak DMK kullanılmaktadır.Bu tez çalışmasında SMSM'nin kontrol yöntemlerinden olan AYK ve DMK yöntemleri için Matlab/Simulink'te benzetim yapılmış ve elde edilen sonuçlar irdelenmiştir. Histerezis DMK yönteminin en önemli sakıncalarından biri olan sabit anahtarlama frekansında çalışamama probleminin çözümü için literatürdeki çalışmalardan farklı olarak genetik algoritma ile sabit anahtarlama frekansının elde edildiği bir yapı önerilmiş ve önerilen yapıya ilişkin benzetim sonuçları verilmiştir.Uzay vektör modülasyonlu DMK yöntemi, sabit anahtarlama frekansında çalışması ve yüksek örnekleme frekansına gerek duymaması nedeniyle SMSM'nin kontrolünde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemdeki PI kontrolörünün değişken çalışma şartlarına cevap verememesi nedeniyle büyük moment dalgalanmaları ve kararsız çalışma durumları ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada hız ve moment kontrolörü parametrelerinin, YSA ile tahmin edilerek güncellendiği ve böylece PI kontrolöründen kaynaklanan sorunların giderildiği adaptif bir kontrolör yapısı önerilmiştir.SMSM'lerin AYK ve DMK yöntemlerinin deneysel olarak gerçekleştirilmesi için DSP 1103 Ace Kit kullanılarak SMSM'nin deneysel sürücü sistemi gerçekleştirilmiştir. Benzetim çalışmalarından elde edilen sonuçlar ile deneysel sürücü sisteminden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış, SMSM'lerin kontrolünde DMK yönteminin daha iyi bir performans sağladığı görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Sabit Mıknatıslı Senkron Motor, Doğrudan Moment Kontrolü, Alan Yönlendirmeli Kontrol, Matlab/Simulink, DSP

Abstract:
Using of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) becomes more and more widespread in conjunction with developments in microprocessor technology and production of powerful magnets. PMSM has advantages compared with other motor because of their simple structure, high efficiency, and high power rate obtained per unit volume. v/f, Field Oriented Control (FOC) and Direct Torque Control (DTC) are the control methods used for PMSM drives. Since FOC achieves more performance and more high dynamic response than the other methods, DTC have been recently widely used as a control method for PMSM.In this thesis, the simulations of the DTC control method and the FOC control method of PMSM were carried out in Matlab/Simulink. The obtained results were analyzed. One of the best important disadvantages of hysteresis DTC method does not provides the valid results at a fixed switching frequency. In order to get rid of the problem in this thesis, it was proposed a structure in which a fixed switching frequency can be obtained by using genetic algorithm as different from literature. Simulation results relating to the proposed structure were presented.The DTC method with space vector modulations has been widely using at the control of PMSM because of operating at their fixed step switching frequency. However PI control in the DTC method does not meet all requirements for variable operating conditions. In which big moment ripples and unstable separating cases comes out. In this thesis, the speed parameters and the moment controller parameters were improved by using only a Feedforward Neural Networks (FNN). Therefore the obtained FNN controller removed the appeared problems due to PI. An adaptive PI controller was thus designed.In order to experimentally realize the DTC and FOC methods, an experimental drive system using DSP 1103 Ace Kit was designed. Both experimental and simulation results were evaluated together. It was observed that the DTC method for the control of PMSMs achieved better performance compared to the other.Keywords: Permanent Magnet Synchronous Motor, Direct Torque Control, Field Oriented Control, Matlab/Simulink, DSP