فرمت فایل: ورد –Word و قابل ویرایش

تعداد صفحات: 253

فهرست مطالب

عنوان مطالب شماره صفحه

چکيده ۱

مقدمه ۲

فصل اول : کليات ۳

۱-۱) بررسي موتورهاي مغناطيس دائم شار محوري ۴

۱-۱-۱) موتور مغناطيس دائم سطحي ۵

۱-۱-۲) موتور مغناطيس دائم داخلي ۵

۱-۱-۳) خصوصيات ماشين هاي شار محوري ۶

۱-۱-۴) روند تکامل ماشين هاي شار محوري ۷

۱-۱-۵) انواع ماشين هاي شار محوري ۸

۱-۲) خلاصه اي از آخرين کارهاي انجام گرفته در کنترل بدون حسگر ماشين

۹

هاي سنکرون مغناطيس دائم

۱-۲-۱) کنترل برداري با استفاده از تخمين گرهاي سرعت و شار حلقه باز با

۱۱

استفاده از اندازه گيري ولتاژها و جريان هاي استاتور

۱-۲-۲) کنترل برداري با استفاده از هارمونيک سوم ولتاژ فاز استاتور براي تخمين

۱۴

موقعيت

۱-۲-۳) کنترل برداري با استفاده از تخمين گر سرعت بر پايه ي Back-EMF ۱۵

۱-۲-۴) کنترل برداري با استفاده از تخمين گرهاي موقعيت و سرعت بر پايه ي

۱۸

مشاهده گر

۱-۲-۵) تخمين موقعيت بر پايه ي تغييرات اندوکتانس بر پايه ي اثرات هندسي و

۲۰

اشباع

۱-۲-۶) تخمين گرهاي بر پايه ي هوش مصنوعي ۲۴

فصل دوم : مدل سازي موتور PMSM ۲۶

۲-۱) تقسيم بندي موتورهاي سنکرون در يک نگاه ۲۷

۲-۲) مدل رياضي موتور PMSM سه فاز ۲۸

۲-۲-۱) سيم پيچي سه فاز با توزيع سينوسي ۲۸

۲-۲-۲) شارهاي پيوندي استاتور ۳۰

۲-۲-۳) تبديل سه فاز به دو فاز ۳۱

۲-۲-۴) گشتاور ۳۲

۲-۳) مدلسازي موتور PMSM در نرم افزار SIMULINK ۳۳

۲-۳-۱) پياده سازي محرکه موتور PMSM بدون کنترل کننده ۳۵

فصل سوم : پياده سازي محرکه ي PMSM با حسگرهاي سرعت و جريان ۴۰

۳-۱) کنترل کننده ي جريان ۴۱

۳-۲) طراحي کنترل کننده براي PMSM ۴۲

۳-۳) پياده سازي محرکه موتور PMSM با کنترل کننده سرعت و جريان ۴۴

۳-۳-۱) کنترل کننده ي سرعت ۴۴

۳-۳-۲) کنترل کننده ي جريان ۴۴

۳-۳-۳) نتايج شبيه سازي با استفاده از کنترل کننده هاي سرعت و جريان ۴۵

فصل چهارم : پياده سازي محرکه ي PMSM بدون حسگرهاي سرعت و

۵۰

جريان

۴-۱) معادلات موتور ۵۲

۴-۲) الگوريتم EKF ۵۲

۴-۳) معايب الگوريتم EKF ۵۵

۴-۳-۱) ميانگين ها و کوواريانس هاي تبديلات غير خطي ۵۵

۴-۴) تبديل Unscented ۵۸

۴-۵) الگوريتم UKF ۵۹

۴-۶) نتايج شبيه سازي ۶۱

۴-۷) مقايسه نتايج بر پايه ي شبيه سازي ۹۲

۴-۸) پياده سازي محرکه شارمحوري مغناطيس دائم با استفاده از SVPWM ۹۳

فصل پنجم : نتيجه گيري و پيشنهادات ۹۷

۵-۱) نتيجه گيري ۹۸

۵-۲) پيشنهادات ۱۰۰

پيوست ها ۱۰۱

ح

منابع و ماخذ ۱۰۲

فهرست منابع فارسي ۱۰۲

فهرست منابع لاتين ۱۰۳

ط

فهرست جدول ها

عنوان شماره صفحه

۱-۴ : مراحل انجام تبديل Unscented ۵۹

۲-۴ : الگوريتم استاندارد UKF ۶۰

۱-۵ : مجموع توان دوم خطاهاي مربوط به شبيه سازي درايو بدون حسگر ۹۸

ي

فهرست شکل ها

عنوان شماره صفحه

۱-۱ : بردار فضايي شار پيوندي و جريان استاتور (براي ضريب توان راحد) ۱۱

۲-۱ : [a] تخمين در چهارچوب مرجع ساکن ، [b] تخمين در چهراچـوب مرجـع

در جهت شار استاتور، [c] تخمين در چهارچوب مرجع ساکن با استفاده از انتگرال ۱۳ گير گوسي

۳-۱ : تغييرات اندوکتانس هاي سنکرون نسبت به زاويه ي روتور ۲۱

۱-۲ : روتور و استاتور يک موتور القائي سه فاز ۲۸

۲-۲ : سيم پيچهاي استاتور که بصورت ستاره متصل شده است ۲۹

۳-۲ : مدل موتور PMSM ۳۴

۴-۲ : جزئيات زير سيستم الکتريکي مدل رياضي موتور ۳۴

۵-۲ : جزئيات زير سيستم مکانيکي مدل رياضي موتور ۳۵

۶-۲ : جزئيات زير سيستم مربوط به تبديل به ۳۵

۷-۲ : پياده سازي محرکه موتور PMSM بدون کنترل کننده ۳۶

۸-۲ : ولتاژهاي ماشين ۳۷

۹-۲ : جريانهاي ماشين ۳۸

۱۰-۲ : حالتهاي مکانيکي ماشين ۳۹

۱-۳ : ساختار IMC ۴۱

۲-۳ : ساختار يک سيستم کنترل کلاسيک ۴۱

۳-۳ : IMC جداسازي شده و قطري ۴۳

۴-۳ : پياده سازي سيستم محرکه با استفاده از کنترل کننده هاي سرعت و جريان ۴۴

۵-۳ : جزئيات زير سيستم کنترل کننده ي سرعت ۴۴

۶-۳ : جزئيات مربوط به بلوک کنترل کننده ي جريان ۴۵

۷-۳ : ولتاژهاي ماشين ۴۶

۸-۳ : جريان هاي ماشين ۴۷

۹-۳ : حالتهاي مکانيکي ماشين ۴۸

ک

۱۰-۳ : مقايسه ي سرعت و گشتاور ماشين با و بدون کنترل کننده ۴۹

۱-۴ : ميانگين غير خطي و خطي سازي شده ي ۳۰۰ نقطه ي تصادفي توليد شده

۵۶

با با توزيع يکسان ميان ۰۱ ۰ و با با توزيع يکسان ميان ۳۵ ۰ راديان

۲-۴ : ميانگين غير خطي و خطي سازي شده ي ۳۰۰ نقطه ي تصادفي توليد شده

۵۷

با با توزيع يکسان ميان ۰۱ ۰ و با با توزيع يکسان ميان ۳۵ ۰ راديان

۳-۴ : پياده سازي سيستم محرکه بدون حسگر با استفاده از تخمين گـر برپايـه ي

۶۲

الگوريتم EKF

۴-۴ : جزئيات مربوط به بلوک تخمين گر EKF ۶۲

۵-۴ : ولتاژهاي بدست آمده ي ماشين با استفاده از تخمين گر EKF ۶۳

۶-۴ : جريان هاي بدست آمده ي ماشين با استفاده از تخمين گر EKF ۶۴

۷-۴ : حالتهاي مکانيکي بدست آمده ي ماشين با استفاده از تخمين گر EKF ۶۵

۸-۴ : ولتاژهاي بدست آمده ي ماشين با استفاده از تخمين گر UKF ۶۶

۹-۴ : جريان هاي بدست آمده ي ماشين با استفاده از تخمين گر UKF ۶۷

۱۰-۴ : حالت هاي مکانيکي بدست آمده ي ماشين با استفاده از تخمين گر UKF ۶۸

۱۱-۴ : مقايسه ي حالتهاي گذراي زمان راه اندازي ميـان الگـوريتم هـاي EKF و ۶۹

UKF

۱۲-۴ : پياده سازي سيستم محرکه بدون حسگر با سيستم تزريق نـويز بـه انـدازه

۷۰

گيري جريان

۱۳-۴ : مقايسه ي حالتهاي گذراي زمان راه اندازي ميـان الگـوريتم هـاي EKF و ۷۰

UKF

۱۴-۴ : پياده سازي سيستم محرکه بدون حسگر با سيستم تزريق نـويز بـه انـدازه

۷۱

گيري جريان

۱۵-۴ : ردگيري سرعت واقعي موتور نسبت به فرمان سرعت در تخمين گر EKF ۷۲

۱۶-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با سرعت تخمين زده شده و خطاي سرعت

۷۳

در تخمين گر EKF

۱۷-۴ : مقايسه ي موقعيت واقعي موتور با موقعيت تخمين زده شده و خطاي

۷۴

موقعيت در تخمين گر EKF

۱۸-۴ : ردگيري سرعت واقعي موتور نسبت به فرمان سرعت در تخمين گر UKF ۷۵

۱۹-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با سرعت تخمين زده شده و خطاي سرعت

۷۶

در تخمين گر UKF

ل

۲۰-۴ : مقايسه ي موقعيت واقعي موتور بـا موقعيـت تخمـين زده شـده و خطـاي

۷۷

موقعيت در تخمين گر UKF

۲۱-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با مرجع سرعت و گشتاور بار اعمال شده به

۷۹

موتور در تخمين گر EKF

۲۲-۴ : مقايسه ي موقعيت واقعي موتور بـا موقعيـت تخمـين زده شـده و خطـاي

۸۰

موقعيت در تخمين گر EKF

۲۳-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با سرعت تخمين زده شده و خطاي سرعت

۸۱

در تخمين گر EKF

۲۴-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با مرجع سرعت و گشتاور بار اعمال شده به

۸۲

موتور در تخمين گر UKF

۲۵-۴ : مقايسه ي موقعيت واقعي موتور بـا موقعيـت تخمـين زده شـده و خطـاي

۸۳

موقعيت در تخمين گر UKF

۲۶-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با سرعت تخمين زده شده و خطاي سرعت

۸۴

در تخمين گر UKF

۲۷-۴ : بلـوک ديـاگرام پيشـنهاد شـده بـراي محرکـه ي شـارمحوري PMSM بـا

۸۵

مشخصه ي بار ۲

۲۸-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با مرجع سرعت و گشتاور بار اعمال شده به

۸۶

موتور در تخمين گر EKF

۲۹-۴ : مقايسه ي موقعيت واقعي موتور بـا موقعيـت تخمـين زده شـده و خطـاي

۸۷

موقعيت در تخمين گر EKF

۳۰-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با سرعت تخمين زده شده و خطاي سرعت

۸۸

در تخمين گر EKF

۳۱-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با مرجع سرعت و گشتاور بار اعمال شده به

۸۹

موتور در تخمين گر UKF

۳۲-۴ : مقايسه ي موقعيت واقعي موتور بـا موقعيـت تخمـين زده شـده و خطـاي

۹۰

موقعيت در تخمين گر UKF

۳۳-۴ : مقايسه ي سرعت واقعي موتور با سرعت تخمين زده شده و خطاي سرعت

۹۱

در تخمين گر UKF

۳۴-۴ : محرکه SVPWM موتور شارمحوري مغناطيس دائم ۹۳

۳۵-۴ : ولتاژهاي abc مدوله شده ي ماشين ماشين ۹۴

۳۶-۴ : حالتهاي مکانيکي ماشين ۹۵

۳۷-۴ : جريان هاي abc ماشين ۹۶

۱-۵ : مقايسه کارايي الگوريتم هاي EKF و UKF ۹۹

چکيده :

در اين پايان نامه ابتدا ماشين هاي سنکرون مغناطيس دائم مـورد بررسـي قـرار گرفتـه انـد. کنتـرل ماشين هاي PMSM به علت نياز به داشتن حسگرهاي با دقت بالا که گرانقيمـت مـي باشـند و همچنـين محدوديتهايي را در زمينه ي شرايط استفاده (حسگرها در محيط هاي پر گرد و غبـار و همچنـين محـيط هاي با رطوبت بالا کارايي لازم را ندارند علاوه بر اين موجب افزايش حجم و قيمت تمام شـده ي سيسـتم محرکه مي شوند و قابليت اطمينان سيستم را پايين مي آورند) بوجود مي آورند دشوار است و اسـتفاده از روشهاي بدون حسگر بشدت احساس مي شود. کنترل بدون حسگر مزاياي زيادي دارد کـه مـي تـوان بـه کاهش قيمت سيستم محرکه و بالا رفتن قابليت اطمينان و کاهش نسبت حجـم بـه قـدرت موتـور اشـاره نمود. در اين پروژه انواع مختلف روشهاي کنترل بدون حسگر معرفي شده و از بين آنها روشهاي برپايـه ي مشاهده گرها بعلت دارا بودن مزاياي بيشتر انتخاب شده و براي يک سيستم محرکه ي با موتـور سـنکرون مغناطيس دائم شار محوري پياده سازي شده اند. مدل رياضي موتور شـبيه سـازي شـده و يـک سيسـتم کنترلي براي سرعت و جريان انتخاب شده تا موتور را با حدکثر گشتاور در کوتـاه تـرين زمـان بـه حالـت ماندگار با مشخصات سرعت و گشتاور مرجع اعمال شده برساند. دو الگـوريتم فيلتـر در ايـن پـروژه مـورد بحث قرار گرفته که عبارتست از الگوريتم کالمن بسط داده شده و الگـوريتم کـالمن Unscented و اينـدو بعد از اعمال به موتور نتايج ديناميکي و حال ماندگار مناسبي از خود نشان داده اند و در انتهـا مقايسـه ي دقيقي با استفاده از شاخص هاي مختلف ارائه شده است و نکات قدرت و ضعف هر کدام به روشـني بيـان شده است .

1

مقدمه :

در دهه هاي اخير با کشف مواد مغناطيس دائم جديد ماشين هاي مغناطيس دائم در محرکه هاي بـا سرعت متغير اهميت ويژه اي پيدا کرده اند. اين ماشين ها به علت راندمان بالا و قابليت کار در سـرعتهاي کم و زياد کاربرد هاي ويژه اي در صنايع پيدا کرده اند و به همين سبب بحـث کنتـرل آنهـا بسـيار مـورد توجه قرار گرفته است . موتور هاي مغناطيس دائم شار محوري نيز از جمله ي موتور هايي مي باشد که بـه علت خواص ويژه مورد توجه بسيار قرار گرفته اند که مي توان به ساختار با قطر زياد و طول کم آن اشـاره نمود که آنها را براي کار در خودرو هاي الکتريکي بسيار ايده آل مي سازد. همچنين به علت قطر زياد مـي توان آنها را در تعداد قطب هاي زياد ساخت که دستيابي به سرعتهاي کم را امکـان پـذير مـي سـازد و در کاربرد هاي بدون جعبه دنده مي تواند بسيار مفيد واقع گردند. اين ماشينها براي کار در حالـت مانـدگار و سرعتهاي متغير نيازمند حسگر هاي تشخيص دهنده ي سرعت و موقعيت روتور براي توليد فرمـان آتـش کليدهاي منبع تغذيه ي فرکانس متغير مي باشند. حسگرها ابـزار هـاي حسـاس و گرانقيمتـي هسـتند و علاقه مندي زيادي به حذف آنها وجود دارد. در اين پروژه پياده سازي دو روش با استفاده از مشاهده گـر، انجام گرفته و از روي شبيه سازي هاي انجام گرفته نتايج بدست آمده مورد تحليل و بررسي قـرار خواهـد گرفت . روند انجام پروژه به اين صورت مي باشد که در فصل اول روشـهاي مختلـف کنتـرل بـدون حسـگر بطور خلاصه بررسي شده و در فصل دوم نحوه ي مدلسازي يـک ماشـين سـنکرون مغنـاطيس دائـم شـار محـوري بطـور مفصـل بيـان شـده و روابـط مربوطـه بدسـت آمـده اسـت و ايـن مـدل در نـرم افـزار

MATLAB.Simulink شبيه سازي شده و با اعمال يک ولتاژ سه فاز به استاتور آن و ثبت ورودي هـا و خروجي هاي موتور صحت مدل بدست آمده مورد ارزيابي قرار گرفته است . در فصـل سـوم بـا اسـتفاده از مدل موتور بدست آمده در فصل دوم بحث مفصلي در مورد کنترل کننده ي سرعت و جريان انجام شده و يک کنترل کننده ي مناسب انتخاب و پياده سازي شده است و به اين ترتيب سيسـتم محرکـه بـه موتـور اضافه شده و محرکه با استفاده از حسگرهاي سرعت و موقعيـت (يعنـي همـان سـرعت و موقعيـت انـدازه گيري شده از مدل موتور) راه اندازي شده و کارايي آن مورد ازريابي قرار گرفته است . و در فصل چهارم بـا حذف اندازه گيري هاي سرعت و موقعيت و استفاده از الگوريتم فيلتر کالمن و انـدازه گيـري از جريانهـا و ولتاژهاي ماشين سرعت و موقعيت لحظه اي موتور تخمين زده شده و بطـور موفقيـت آميـزي در کنتـرل کننده مورد استفاده قرار گرفته است . نتيجه گيري هاي انجام گرفته از روي نتايج به دست آمـده از شـبيه سازي ها در انتهاي فصل چهارم و فصل پنجم آورده شده است .