معرفی روش کنترل جهت دار میدان
کنترل جهت دار میدان (FOC)، یک روش کنترلی کلاسیک برای ماشینهای الکتریکی است و معمولترین راه کار کنترل خطی بکار گرفته شده برای درایوهای موتوری توان پایین و توان متوسط است. امروزه سیستمهای درایو الکتریکی بر پایه FOC به طور گسترده برای کاربردهایی با عملکرد بالا استفاده می شوند[1]. هدف نهایی در این تکنیک، کنترل جریان محورهای d و q برای دستیابی به گشتاور موردنظر می باشد. با کنترل مستقل جریانها در راستای محور d و q امکان دستیابی به ماکزیمم گشتاور بر آمپر وجود دارد که مینیمم جریان را برای تولید گشتاور موجب شده و در نتیجه بازده موتور را ماکزیمم می کند [2].
همانطور که می دانیم معادله گشتاور الکترومغناطیسی در موتور سنکرون مغناطیس دائم به صورت زیر است:
با فرض اینکه موتور غیر برجسته باشد، اندوکتانس محور d و محور q با هم برابر خواهند شد، در نتیجه رابطه فوق به صورت زیر ساده می شود:
با توجه به رابطه فوق، گشتاور رابطه خطی با iq داشته و به جریان id وابسته نیست. بنابراین در سیستم کنترلی با در نظرگرفتن id=0 در تمام زمانها و کنترل iq می توان گشتاور خروجی موتور را کنترل و تنظیم کرد. در روش کنترل جهت دار میدان ازآنجا که جریانها در دستگاه دوار روتور تنظیم می شوند، باید مقادیر اندازه گیري شده جریانهاي فازها، توسط تبدیل هاي مناسب به مقادیر متناظر در دستگاه d-q گردان روتور تبدیل شوند. براي انجام این تبدیل باید همواره موقعیت روتور مشخص باشد. انتقال پارامترهاي موتور به دستگاه مرجع گردان روتور سبب می شود که متغیرها در حالت ماندگار به فرم dc در آیند و لذا این امر باعث ساده سازي روابط می گردد. در این روش موتور به گونه اي کنترل می گردد که شار استاتور و روتور همواره بر یکدیگر عمود باشند [1].
بررسی پروژه شبیه سازی شده
بعد از توضیح مختصر در مورد روش کنترل جهت دار میدان به شبیه سازی سیستم موردنظر می پردازیم. موتور درنظر گرفته شده در اینجا یک موتور سنکرون مغناطیس دائم 1 کیلووات با سرعت نامی 2500 دور بر دقیقه است که در محیط سیمولینک متلب شبیه سازی شده و روش کنترل جهت دار میدان بر روی سیستم درایو آن پیاده سازی شده است. ساختار موردنظر که در شکل 1 نشان داده شده شامل بلوک های اصلی اینورتر سه فاز، موتور سنکرون مغناطیس دائم و بلوک کنترل می باشد.
شکل 1) کنترل جهت یابی میدان موتور سنکرون مغناطیس دائم غیر برجسته
توجه می کنیم که موتور در سرعت زیرنامی 1840 دور بر دقیقه کار می کند، به صورتیکه ابتدا در حال بی باری عمل می کند، سپس در زمان 0.6 ثانیه یک بار فن به آن اعمال می شود، به صورتیکه گشتاور موتور از متوسط صفر افزایش می یابد. در ادامه مشخصه های خروجی مهم موتور ارائه شده است. در شکل 2 مشخصه ولتاژ ورودی خط تغذیه کننده نمایش داده شده که در مقدار پیک 400 ولت تنظیم می شود.
شکل 2) مشخصه ولتاژ خط در خروجی اینورتر سه فاز
در شکل 3 گشتاور و سرعت موتور نشان داده شده است. همانطور که مشخص است سرعت به خوبی مرجع خود را دنبال می کند و متوسط گشتاور بعد از افزایش در مقدار 3.7 نیوتن متر تثبیت می شود.
شکل 3) مشخصه گشتاور و سرعت دینامیکی موتور
در شکل 4 نیز مشخصه جریان های فاز موتور ارائه شده است.
شکل 4) مشخصه جریان های فاز استاتور
———————————————————————-
مراجع
A. Kronberg, “Design and simulation of field oriented control and Direct Torque Control for a Permanent Magnet Synchronous Motor with positive saliency”, Uppsala universitet, 2012.
J. Zhang and et.al, “Field-oriented control based on hysteresis band current controller for a permanent magnet synchronous motor driven by a direct matrix converter”, IET Power Electron., Vol. 11 Iss. 7, pp. 1277-1285, 2018.
—————————————————————————————————————————————
توجه: پروژه شبیه سازی کنترل جهت دار میدان موتور سنکرون مغناطیس دائم که در بالا مورد بررسی قرار گرفت، در سیمولینک متلب 2020 انجام شده است. برای تهیه آن از لینک خرید که در ادامه قرار داده شده است، استفاده کنید.
مزایای پروژه حاضر
1)آشنایی با نحوه پیاده سازی و کنترل جهت دار میدان موتور سنکرون مغناطیس دائم
2) بررسی عملکرد موتور در حالت تغییر نقطه کار با تغییر سرعت و یا تغییر بار
3) مقایسه روش کنترل جهت دار میدان موتور سنکرون مغناطیس دائم با دیگر روش های کنترلی چون کنترل منطق فازی، کنترل مد لغزشی، کنترل شبکه عصبی و …
