Sabit mıknatıslı senkron makinelerin model tabanlı akım referansı kontrolü ile moment dalgalanmalarının azaltılması
Torque riplle reduction of permanent magnet machine with model based current reference control
Yazar: ABDÜLKERİM GÜNDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET FARUK BAKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Birçok uygulamada avantajları nedeniyle sabit mıknatıslı senkron makineler (PMSM) tercih edilmektedir. Ancak, özellikle hassas servo uygulamalarında PMSM'in moment dalgalanması kritik bir konu olmuştur. Başarılı bir moment, hız veya konum kontrolü elde etmek için moment dalgalanmalarını tahmin etmek çok önemlidir. 
Endüstride, moment tahmini genellikle yaklaşık bir şekilde uygulanır ve momentin ortalama değerinin kontrol edilmesi amaçlanır. Ortalama moment tahmini yöntemi hassas moment kontrolü için uygun değildir. 
PMSM'ler için başarılı moment dalgalanma modellemesi ve en aza indirgenmesi, lineer olmayan endüktans, akı ve vuruntu momenti değişimi hakkında doğru bilgi gerektirir. Bu çalışmada, PMSM moment dalgalanmalarının en aza indirilmesi için analitik bir tahmin modeli önerilmektedir. Önerilen moment tahmini, makine parametrelerinin değişimini hesaba katar. Bu metotta kullanılan PMSM'nin makine parametresi varyasyonları, sonlu elemanlar yöntemi tabanlı bir analiz programı ile 2 boyutlu (2D) olarak analiz edilir. Mıknatıs akısı, d-q ekseni endüktansı ve vuruntu momentinin rotor açısına bağlı değişimlerini kullanarak moment dalgalanmalarını tahmin etmek için analitik denklemler kullanılır. Önerilen tahmin metodu başarılı sonuçlar vermiştir. 
Ayrıca bu çalışmada başarılı tahmin modeli sayesinde, moment dalgalanmasını giderebilecek referans stator akımlarını hesaplayan analitik bir hesaplama yöntemi önerilir. Önerilen yaklaşım hesaplama yükünü azaltır ve etkileyici sonuçlar verir. Gelişmiş motor modeli kullanılarak, moment dalgalanmalarını azaltan referans akımlar, PMSM'in moment kontrolü için hesaplanır. 
Önerilen hassas moment kontrolü için gelişmiş bir analiz yöntemi sunulmaktadır. Önerilen gelişmiş eş-zamanlı simülasyon modeli, birlikte çalışan çok sayıda profesyonel analiz programı ile gerçekleştirilmektedir. Uygun analiz metodu kullanılmazsa, analiz programları arasındaki veri gecikmesi nedeniyle kontrol yönteminde hatalar meydana gelir. Bu nedenle, bu çalışma aynı zamanda, çeşitli örnekleme zamanlarındaki analizler ile önerilen eş-zamanlı simülasyon modelinin performansını karşılaştırmakta, oluşan simülasyon hatalarının çözümlerini sunmakta ve en doğru analiz modelini önererek literatüre katkıda bulunmaktadır. Moment kontrol sisteminin doğruluğu, sonlu eleman yöntemi modellemesi, analitik hesaplamalar ve gelişmiş eş-zamanlı simülasyon analizi ile doğrulanmıştır.

Abstract:
Permanent magnet synchronous machines (PMSM) is preferred in many applications due to its advantages. However, torque ripple of PMSM has been a critical issue especially in precise servo applications. It is very important to estimate torque ripples to achieve robust torque, speed or position control. In industry, torque estimation is generally implemented in an approximate manner and it is aimed to control the average value of the torque. The average torque estimation method is not suitable for precise torque control. Torque ripple modeling and minimization for PMSMs require accurate information of the inductances, flux linkages and cogging torque which vary nonlinearly. This paper proposes an analytical estimation model for PMSM torque ripple minimization. The proposed torque estimation takes into account the variation of the machine parameters. Machine parameter variations of the PMSM to used in the proposed method are analyzed in 2D with the finite element program. Analytical equations are utilized to estimate the resultant torque ripples due to the variations of magnet flux, d-q axis inductances, and the cogging torque and the proposed estimation method occurs successful results. Thanks to the successful estimation model, reference currents are determined with a novel calculation method for suppress torque fluctuation. The proposed approach reduces computational burden and gives impressive results. By using the advanced motor model, reference currents which reduce the torque ripples are calculated for torque control of PMSM. This paper presents an advanced analysis method for the proposed precision torque control. The proposed advanced coupled simulation model occurs multiple professional analysis programs working together. If the suitable analysis method is not used, errors occur in the control method due to the data delay between the analysis programs. Therefore, this paper compares the performance of the proposed co-simulation model at various sampling times, it presents the solutions of simulation errors and it is contributed to literature by proposing the most accurate analysis model. Accuracy of the torque control system has been validated by finite-element modeling, analytical calculations, and advanced coupled simulation analysis.