Asenkron motorların düşük hızlarda duyargasız vektör kontrolü
Sensorless vector control of induction motors at low speed
Yazar: HAYRETTİN CAN
Danışman: DOÇ. DR. ERHAN AKIN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2003
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Akı tahmini = Flux estimation ; Asenkron motorlar = Induction motors ; Vektör denetimi = Vector control ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks

Özet:
ÖZET DOKTORA TEZİ ASENKRON MOTORLARIN DÜŞÜK HIZLARDA DUYARGAS1Z VEKTÖR KONTROLÜ Hayrettin CAN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik - Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı 2003, Sayfa: 99 Vektör kontrollü asenkron motor sürücüler oldukça iyi geçici durum ve sürekli durum performansına sahiptir. Doğrudan stator akı yönlendirmeli vektör kontrol metodu, hız bilgisine ihtiyaç duymayıp, stator direnci hariç diğer parametre değişimlerine karşı duyarsızdır. Ancak bu kontrol stratejisinin performansı stator akısının doğru tahminine dayanmaktadır. Gerilim modeli, stator akısı tahmin metotlarından biri olup bu modelde stator akısı, eşdeğer devrede stator direnci arkasına düşen gerilimin integre edilmesi ile hesaplanır. Ancak düşük frekanslarda stator direncindeki değişimlerden, integrator sürüklenmelerinden (driftlerinden) ve gürültülerden dolayı stator akısı üzerinde oldukça büyük hatalar olmaktadır. Bu tezde, yeni matematiksel yaklaşımlar ve yumuşak hesaplama metotları geliştirilerek sürücü performansı özellikle düşük hızlarda arttırılmıştır. İlk olarak, gerilim modelinde bulunan integrasyon algoritmaları tartışılmış ve birbirleriyle karşılaştınlmıştır. Bu integratörlerin stator akısı üzerinde genlik ve açı hatalarına neden olduğu görülmüş; Bu nedenle yeni bir kompanzatör önerilerek integrator üzerindeki bu hatalar çözülmeye çalışılmıştır. Önerilen yeni kompanzatörde bulunan hesaplamalar, içerdiği basit matematiksel formüllerden dolayı oldukça hızlıdır. Ayrıca integratörün geri besleme döngüsü için yeni bir bulanık denetleyici geliştirilmiştir. Bu bulanık denetleyicinin en önemli avantajı sağlam bir yapı sağlaması ve diğer metotlarla karşılaştırıldığında basit bir tasarımının olmasıdır. Yukarıda bahsedilen algoritmalar bilgisayar simülasyonlan ve deney sonuçlan ile birlikte sunulmuştur. Buna ek olarak, referans ve gerçek stator gerilimleri arasındaki gerilim hatasını düşürebilmek için yapay sinir ağı tabanlı gerilim kompanzatörtt tasarlanmış ve deneylerden elde edilen sonuçlarla doğrulanmıştır. Yeni geliştirilen bu sistemin getirdiği en büyük katkı, gerçek stator gerilimi ile buna karşılık gelen referans gerilimini doğrulukla çakıştırmasıdır. Deneüeyicilerdeki kuvantalama hatası, aynk- zamanlı işlemler, anahtarlama elemanları üzerindeki gerilim düşümünün ihmal edilmesi ve inverterdeki ölü-zaman'dan dolayı oluşan ve doğrusal olmayan gerilim farkım düzeltmek için yapay sinir ağı tabanlı kompanzatör kullanılmıştır. Gerçek stator gerilimi ve buna karşılık gelen referans gerilim arasındaki xmdoğrusal olmayan bu fark, motor hızının ve yükün bir fonksiyonu olup özellikle düşük hız ve hafif yüklerde önemli olmaktadır. Ayrıca tezde sistemin donanımı detaylı olarak verilmiştir. Yeni geliştirilen sistemdeki flç-faz IGBT inverter 7.5kHz anahtarlama frekansı ile sürülmüş ve 540V de hat gerilimi kullanılmıştır. Uzay vektörü PWM içeren kontrol algoritması 5kHz örnekleme frekansı ile TMS320C31 sayısal işaret işlemci(DSP) kullanılarak elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler : Duyargasız vektör kontrol, bulanık kontrol, yapay sinir ağlan, akı tahmini, gerilim modeli, açık integrasyon, gerilim kompanzasyonu. XIV

Abstract:
ABSTRACT PhD Thesis SENSORLESS VECTOR CONTROL OF INDUCTION MOTORS AT LOW SPEED Hayrettin CAN Firat University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Electrical - Electronics Engineering 2003, Page:99 Vector control is known to have good transient and steady-state performance in induction motor drivers. It involves direct stator flux orientation methods that do not need speed information and are insensitive to parameter variations except stator resistance. However, the performance of these control strategies depends on accurate estimation of the stator flux. The voltage model is one of the methods used for estimating the stator flux. In this model, the stator flux can be computed by integrating the terminal voltage reduced by the ohmic losses. However, at low frequencies large errors occur due to the variation of the stator resistance, integrator drift, and noise. In this thesis, novel mathematical derivations and soft computing methods are developed to increase the performance of the drive, especially at tow speeds. First, existing integration algorithms used in the voltage model are discussed, and compared to each other. These integrators have magnitude and angle errors in the stator flux. Then, a new compensator is proposed to solve the problems associated with the integrator. The new compensation method is computationally fast due to underlying simple mathematical formulas. Additionally, a new fuzzy controller is developed for the feedback loop of the integrator. The most important advantage of the fuzzy controller is to provide a robust structure and simple design compared to the other methods. Computer simulations and experiment results of the algorithms mentioned above are also presented. Moreover, to reduce die voltage error between the reference and the actual stator voltages, an artificial neural network-based voltage compensator is designed and verified by empirical results from experiments. One of the main contributions of the newly developed system is that it accurately aligns the actual stator voltage with the corresponding reference voltage using a neural network-based compensator to correct for nonlinear voltage discrepancy due to the quantization error in the controllers, discrete-time processes, forward voltage drop of switching devices, and dead-time of the inverter. The nonlinear difference between the actual stator voltage and the corresponding reference voltage is a function of rotor speed and load, and is crucial especially at low speeds and light loads. XV