Alternatif akım servo motorun yüksek hassasiyetli hız kontrolü
High precision speed control of ac servo motor
Yazar: RAMAZAN ÇALIK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RANA ORTAÇ KABAOĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
İç sabit mıknatıslı senkron motorlar motorlar, dinamik performansını artırmada etkili olan kütle başına üretebildikleri torkun yüksek olması, verimi ve kararlı çalışma aralığının yüksek olması nedeniyle günümüzde yaygın bir kullanım alanına sahiptirler. Senkron motorların temel çalışma prensibi, stator ve rotor üzerinde oluşan manyetik alanların birbirlerine göre eş zamanlı bir şekilde dönmesidir. Senkron motorların kontrolü için yüksek performans gerektirmeyen uygulamalarda skaler kontrol bir alternatif olsa da gerek kontrol performansının düşük olması gerekse motor üzerinde oluşan akı ve moment büyüklüklerinin ayrı ayrı kontrol edilememesi nedeniyle yüksek performans gerektiren uygulamalarda tercih edilmemektedir. Bu noktada alan yönlendirmeli kontrol moment ve akı büyüklüklerini ayrı ayrı kontrol edebilmesi, dinamik performansının yüksek olması ve kararlı yapısı nedeniyle tercih edilmektedir.
Alan yönlendirmeli kontrol yönteminde kullanılan clarke ve park dönüşümleri sayesinde birbirine dik ve rotor akısı ile aynı frekansta dönen eksen takımında(d-q) motor modeli ifade edilebilir. Bu sayede akı ve moment kontrolüne imkân sağlandığı gibi motor geçici hal performansının da kontrol edilebilmesine imkân sağlanmış olur. 
Alan yönlendirmeli kontrol yönteminin karalı ve dinamik performansı yüksek bir kontrol yöntemi olmasına rağmen bazı ideal olmayan özellikler kaynaklı sistem üzerinde bozucu etkiler oluşmaktadır. Bu bozucu etkiler gerilim beslemeli eviricinin ideal olmayan özellikleri kaynaklı bozucular ve iç sabit mıknatıslı senkron motorun senkron referans ekseninde birbirine bağımlı değişkenlerin oluşturmuş olduğu etkilerdir. Senkron referans eksende birbirine bağımlı değişkenlerin oluşturmuş olduğu kuplaj etkisini ortadan kaldırmak için bir ayrıştırıcı yöntemi önerilmiştir. Gerilim beslemeli evirici kaynaklı oluşan bozucu etkiler için bir yöntem belirlenerek sistem performansı üzerindeki etkileri detaylı olarak incelenmiştir. 
Kontrol performansını etkileyen bir diğer konu ise kontrol döngüleri için tercih edilen kontrolör yapıları ve kontrolör parametreleridir. Kontrol parametrelerinin manuel olarak optimize edilmesi hem zaman kaybına yol açmakta hem de kontrol performansın da belirsizlikler oluşturmaktadır. Gerçekleştirilen çalışmada dayanıklı PI kontrolör yapısı tercih edilerek kontrolör parametrelerinin belirlenmesi konusunda çalışmalar gerçekleştirilmiştir.
Kontrol performansını iyileştirmek için önerilen sürüş sistemi Matlab/Simulink yazılımında modellenerek, simülasyon çıktıları detayları ile birlikte aktarılmıştır.

Abstract:
Internal permanent magnet synchronous motors (IPMSM) have become more widely used due to their high torque to mass ratio,which are effective in increases the dynamic performance of the motors, efficiency and stable operating range. The basic operating principle of synchronous motors is the simultaneous rotation of the magnetic fields formed on the stator and the rotor. Although, scalar control is an alternative for application that don't require high performance for control of synchronous motors, it is not preffered in application requiring high performance due to its low performance in the transient regions and lack of controllability of torque and ﬂux separately. However, ﬁeld oriented control presents important advantages over scalar control.
By using ﬁeld oriented control approach, PMSM is turned into a DC motor mathematically, allowing to control ﬂux and torque separately and increase transiend performance of motor.
Thanks to the clarke and parking transformations used in the field oriented control method, the motor model can be expressed in rotating reference frame. This allows the control of the motor transient performance as well as the flux and torque separately.
Although the stability and dynamic performance of the field oriented control method is a high, some non-ideal properties cause disturbing effects on the welded system. this disturbance effects are voltage disturbance caused by non ideal characteristics of the voltage source inverter and coupled variables in the synchronous reference frame model of the PMSM. To overcome these effects, a decoupling control and methods for balancing VSI non-ideal characteristic effects were performed.
Another issue that affects control performance is controller structures and controller parameters. Generally, tuning controller gains is done arbitrarily and manualley by means of "trial and error" methods which are very hard and time consuming. In this study, optimization of PI controller parameters at current and speed loops is realized and clearly shows from simulation.