کنترل سرعت بر پایه منطق فازی – موتور القایی

مقدمه

یکی از پارامترهایی از موتور القایی که در درایوهای سرعت متغیر (ASD) نیاز به کنترل اساسی دارد، سرعت دورانی موتور می باشد. کنترل سرعت به روش­های مختلفی می ­تواند انجام شود، از جمله می ­توان به کنترل عددی (ولت بر هرتز)، کنترل به روش مرسوم تناسبی – انتگرالی، کنترل مد لغزشی، کنترل پیشگویانه و همچنین روش­های هوشمندی مانند کنترل بر پایه منطق فازی و کنترل بر پایه شبکه عصبی اشاره کرد.

منطق فازی یک رویکرد برای مدلینگ آسان و انعطاف پذیر سیستم های پیچیده ای است که مدلینگ آنها بوسیله روش های مدلینگ کلاسیک و ریاضیات، مشکل و در بعضی حالات غیر ممکن است. ساختار منطق فازی بر اساس تئوری مجموعه های فازی است. این تئوری یک حالت تعمیم یافته از تئوری مجموعه های کلاسیک در ریاضیات است. در تئوری کلاسیک، یک عنصر دارای دو وضعیت است، به صورتی که یا جزئی از یک مجموعه هست یا نیست. در حقیقت عضویت عناصر بر اساس یک الگوی دودویی صفر/یک است. اما تئوری مجموعه های فازی این مفهوم را توسعه می دهد و عضویت وزن دار را ارائه می دهد. یکی از جنبه های جالب منطق فازی تفسیر آن در مورد تصمیم گیری هوشمند است. سیستم کنترل فازی مبتنی بر استنتاج فازی است. استنتاج فازی یک فرآیند است که در آن نگاشت از یک ورودی به خروجی بر اساس تئوری فازی فرموله می شود. منطق فازی از “تابع عضویت”، “عملگر فازی” و “قانون های اگر – سپس” تشکیل شده است. فرآیند استنتاج فازی دارای پنج سطح است: فازی سازی متغیرهای ورودی، استفاده از عملگرهای منطقی AND و OR در قسمت فرضیات، فرضیات برای استنباط نتایج، تعمیم نتایج و سرانجام نافازی سازی خروجی  [1].

یک از روش های کلاسیک برای کنترل سرعت موتور القایی استفاده از روش کنترل تناسبی – انتگرالی (PI) است که ساده بوده و برای سالیان زیاد در صنعت برای کنترل حلقه بسته استفاده شده است. مناسب بودن این کنترل کننده ها بعلت حساسیت اشان است که به افزایش پایداری سیستم حلقه فیدبک کمک می کند. به هر حال این روش کنترلی وابسته به پارامتر ماشین است. برای مقدارهای یک کنترل­ کننده PI تنظیم نشده، کنترل­ کننده قادر به ایجاد عملکرد مطلوب در حضور اختلالات داخلی و خارجی و یا تغییر نقطه کار نمی ­باشد. اختلالا­ت اساساٌ شامل تغییرات در پارامترهای ماشین و اختلالات بار می ­باشد. در مقابل کنترل کننده هایی که بر پایه منطق فازی عمل می کنند، مقرون به صرفه تر بوده و باعث سهولت در کنترل می شوند؛ همچنین عملکرد آنها در مقایسه با کنترل کننده های PI بهتر می باشد. ضمن اینکه این کنترل کننده ها می توانند برای کاربردهای صنعتی غیرخطی استفاده شوند که نمی توانند به طور دقیق با شرح ریاضی بیان شوند [2و3و4].

بررسی پروژه شبیه سازی

 با توجه به ویژگی های مطلوب کنترل کننده فازی که در بالا به آن اشاره شد، در این پروژه از منطق فازی برای کنترل سرعت موتور القایی در یک سیستم درایو موتوری استفاده شده که از روش جهت یابی میدان غیرمستقیم  و تولید سیگنال به روش کنترل هیسترزیس استفاده می کند (پست کنترل برداری موتور القایی به روش IFOC را نیز برای اطلاعات بیشتر ملاحظه کنید).  پیکربندی کلی کنترل کننده سرعت فازی در شکل 1 نشان داده شده است که در آن خطای سرعت e و تغییر در خطای سرعت ce ، متغیرهای زبانی ورودی هستند و گشتاور مرجع *Te متغیر زبانی خروجی است. بر طبق قانون­های فازی، کنترل ­کننده فازی، افزایش یا کاهش مطلوب در مرجع گشتاور را موجب می­ شود. همچنین در شکل 1 گین­ های Gce ، Ge و GA عامل­های مقیاس هستند که برای تنظیم بهتر کنترل کننده فازی بکار می روند.

شکل 1) کنترل کننده سرعت فازی

دیاگرام کلی از سیستم درایو موتور القایی به همراه کنترل کننده سرعت منطق فازی در شکل 2 نشان داده شده است که از چهار قسمت اساسی تشکیل شده است: بلوک موتور القایی، بلوک منبع ولتاژ و اینورتر سه فاز تمام پل، زیر سیستم کنترلی IFOC، زیرسیستم کنترل­ کننده سرعت.

شکل 2) سیستم درایو سرعت متغیر موتور القایی با کنترل سرعت منطق فازی و کنترل کلی درایو به روش IFOC

در ادامه مشخصه گشتاور و سرعت موتور القایی به همراه مراجع خود در شکل 3 نشان داده شده اند. همانطور که مشخص است مشخصه های مزبور مراجع خود را در هنگام تغییر نقطه کار سیستم به خوبی دنبال می کنند.

شکل 3) مشخصه گشتاور و سرعت به همراه مراجع خود در یک سیستم درایو موتور القایی با کنترل سرعت فازی (در هنگام تغییر نقطه کار)

————————————————————————————————————————————————————-

مراجع

 [1]

        H. Asgharpour-ri Y. alinejad-beromi and H. yaghobi, “A fuzzy-based speed controller for improvement of induction motor’s drive performance”, Iranian Journal of Fuzzy Systems,      Vol. 13, No. 2, pp. 61-70, 2016.

[2]

 N. Shaukat and et. al, “Takagi-Sugeno Fuzzy logic based speed control of Induction Motor”, International Conference on Frontiers of Information Technology, Abbottabad,Pakistan , 2016.

[3]

 A. Kushwaha and M. Gopal, “Fuzzy Logic Controller performance in vector control of Induction Machine”, IEEE International Conference on Technological Advancements in Power and Energy (TAP Energy), India ,2017.

[4]

H. Ebadi Kalhoodashti and M. Shahbazian, “Hybrid speed control of Induction Motor using PI and Fuzzy Controller”, International Journal of Computer Applications, Vol. 30, No.11, September 2011.

———————————————————————————————————————

توجه: پروژه شبیه سازی کنترل سرعت منطق فازی موتور القایی که در بالا مورد بررسی قرار گرفت، شامل فایل سیمولینک از سیستم موردنظر در متلب 2017 و فایل گزارش کار می باشد. این پروژه را می توانید از لینک خرید زیر تهیه کنید. در انتها لطفا نظرات خود را در مورد این پست با من در میان بگذارید.