پایان نامه ارشد:کنترل سرعت(گشتاور) و شار موتور القایی بر اساس روش کنترل مستقیم گشتاور با استفاده از کنترل­ کننده مبتنی بر پسیویتی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد نجف آباد

دانشکده مهندسی برق

پایان­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد«M.Sc.»

گرایش: كنترل

عنوان:

کنترل سرعت(گشتاور) و شار موتور القایی بر اساس روش کنترل مستقیم گشتاور با استفاده از کنترل­کننده مبتنی بر  پسیویتی

استاد راهنما:

دكتر غلامرضا عرب

استاد مشاور:

دكتر سعید اباذری

تابستان 90

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                صفحه

1- پیشینه پژوهش 5

1-1- مقدمه   5

1-2- پیشینه كنترل موتور القایی 7

1-3- پیشینه تاریخی كنترل مبتنی بر پسیویتی 8

1-4روند كاربردی كردن كنترل سیستم­ها 9

2- انواع روشهای كنترل ماشینهای القایی 10

2-1- مقدمه 10

2-2- انتخاب یك سیستم كنترل ماشین الكتریكی 10

2-3- سیستم­های كنترل ماشین­های جریان مستقیم 11

2-4- سیستم های كنترل ماشین­های جریان متناوب 11

   2-4-1- كنترل سیستم درایو موتور القایی به روش اسكالر 12

   2-4-2- كنترل سیستم درایو موتور القایی به روش برداری (جهت­یابی میدان) 13

   2-4-3- خطی سازی با فیدبك دینامیكی موتور القایی 15

   2-4-4 كنترل مستقیم گشتاور(DTC) 17

3- سیستم­های اولر-لاگرانژ و سیستم­های پسیو 20

3-1- مقدمه 20

3-2- سیستم­های اولر-لاگرانژ 21

3-3- سیستم­های پسیو 21

3-4- کنترل مبتنی برپسیویتی (PBC) چیست؟ 27

3-5- معادلات اولر-لاگرانژ در حركت 28

3-5-1تعریف معادلات EL و پارامترهای EL 28

4- سیستم­های اولر-لاگرانژ و پسیویتی در موتور القایی 30

4-1- مقدمه 30

4-2- مزیتهای كنترل مبتنی بر پسیویتی 31

4-3- مدل لاگراژ ومسأله کنترل 32

4-4- معادلات EL برای ماشین­های AC 33

4-5- روش مبتنی بر پسیویتی برای طراحی كنترل­كننده 36

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                    صفحه

   4-5-1- تجزیه فیدبكی زیر سیستم­های پسیو 36

   4-5-2- روند طراحی 37

4-6- مدل موتور القایی 38

   4-6-1- معادلات دینامیكی 38

   4-6-2- بعضی از ویژگیهای كنترلی مدل 40

   4-6-2-1- ویژگی­های ورودی-خروجی 40

   4-6-2-2- ویژگیهای هندسی 41

   4-6-3- تعریف مسأله رهگیری سرعت ونرم شار رتور 42

4-7- یك PBC  حلقه­ای تودرتو 42

   4-7-1- كنترل مبتنی بر پسیویتی بدون مشاهده­گر 43

5- نتایج شبیه­سازی 49

5-1- مقدمه 49

5-2- مقادیر اولیه و پارامترهای اعمال شده به كنترل­كننده 49

5-3- نتایج شبیه­سازی كنترل كننده ارائه شده توسط اورتگا 50

   5-3-1- نتایج شبیه­سازی با ثابت بودن شار مرجع و بی­باری 50

   5-3-2 نتایج شبیه­سازی با ثابت بودن شار مرجع و اعمال گشتاور بار به موتور   51

   5-3-3 نتایج شبیه­سازی با اعمال تغییرات در شار مرجع رتور 52

   ­5-3-4 نتایج شبیه­سازی عملكرد سرعت پایین موتور 53

­5-4 نتایج شبیه­سازی كنترل كننده پیشنهادی 54

   5-4-1 نتایج شبیه­سازی كنترل سرعت با ثابت بودن شار مرجع رتور و بی­باری   54

   5-4-2 نتایج شبیه­سازی با ثابت بودن شار مرجع و اعمال گشتاور بار به موتور   55

   ­5-4-3 نتایج شبیه­سازی با اعمال تغییرات در شار مرجع رتور 56

   5-4-4 نتایج شبیه­سازی در سرعت پایین رتور 57

5-5 نتیجه­گیری  58

5-6 پیشنهادها 58

منابع  59

فهرست اشكال

عنوان                                                                                             صفحه

شكل (1-1): تقسیم­بندی كلی روشهای كنترل موتور القایی 7

شكل (2-1): روشهای كنترل اسكالر موتور القایی 13

شكل (4-2): تجزیه زیر سیستم­های پسیو یك ماشین القایی كلی 36

شكل (4-3): مدل موتور القایی مورد استفاده در كنترل­كننده 38

شكل (4-4): دیاگرام مدل موتور القایی مورد استفاده در شبیه­سازی­ها 38

شكل (4-5): ساختار یك كنترل پسیویتی تودرتو (Nested-Loop) 43

شكل(4-6): بلوك دیاگرام تزریق میرایی به زیر سیستم الكتریكی 44

شكل(4-7): بلوك دیاگرام بلوك دیاگرام كنترل­كننده گشتاور 46

شكل(4-8): بلوك دیاگرام مربوط به كنترل سرعت موتور القایی 47

شكل(4-8): بلوك دیاگرام مربوط به كنترلر مبتنی بر پسیویتی 47

شكل(4-9): بلوك مربوط به كنترل سرعت پیشنهادی 48

شكل(4-10): دیاگرام كلی مربوط به كنترل­كننده مبتنی بر پسیویتی 48

شكل(5-1): نتایج شبیه­سازی روش ارائه شده توسط اورتگا كنترل سرعت در حالت بی­باری و ثابت بودن

 شار مرجع، (الف) سرعت مرجع و سرعت واقعی، (ب) خطای سرعت. 50

شكل(5-2): نتایج شبیه­سازی روش ارائه شده توسط اورتگا [2] ، كنترل سرعت با اعمال گشتاور بار

 Nm 10در زمان 2s. (الف) سرعت مرجع و سرعت واقعی، (ب) خطای سرعت، (ج) منحنی گشتاور بار

 اعمال شده. 51

شكل (5-3): نتایج شبیه­سازی روش ارائه شده توسط اورتگا [2] ، كنترل سرعت با اعمال تغییر در اندازه شار

 مرجع رتور در بازة زمانی t=1.5s و t=2.5s ازمقدار  0.8 به 0.6 و بالعكس. (الف) منحنی سرعت مرجع و

 سرعت واقعی، (ب) خطای سرعت، (ج) منحنی تغییر در اندازه شار مرجع رتور. 52

شكل (5-4): نتایج شبیه­سازی روش ارائه شده توسط اورتگا [2] ، كنترل سرعت پایین رتور.

(الف) منحنی سرعت مرجع و سرعت واقعی، (ب) منحنی خطای تعقیب سرعت. 53

شكل (5-5): نتایج شبیه­سازی روش پیشنهادی، كنترل سرعت در حالت بی­باری و ثابت بودن اندازه شار مرجع رتور.

 (الف) منحنی سرعت مرجع و سرعت واقعی، (ب) منحنی خطای تعقیب سرعت. 54

شكل )5-6(  نتایج شبیه­سازی روش پیشنهادی، كنترل سرعت در حالت افزودن گشتاور بار Nm 10 در زمان t=2s

  و ثابت بودن اندازه شار مرجع رتور،  (الف) منحنی سرعت مرجع و سرعت واقعی، (ب) منحنی خطای سرعت،

(ج) منحنی گشتاور بار اعمال شده. 55

شكل (5-7) نتایج شبیه­سازی روش پیشنهادی، كنترل سرعت با اعمال تغییر در اندازه شار مرجع رتور

در بازة زمانی t=1s و t=2s از 0.8 به 0.6 و بالعكس. (الف) نمودار سرعت مرجع و سرعت واقعی در

فهرست اشكال

عنوان                                                                                             صفحه

 حالت اعمال تغییر در اندازه شار مرجع رتور،(ب) خطای تعقیب سرعت، (ج) نمودار تغییر در مقدار

اندازه شار مرجع رتور. 56

شكل (5-8) نتایج شبیه­سازی روش پیشنهادی، كنترل سرعت با اعمال تغییر در اندازه شار مرجع رتور

(الف) نمودار سرعت مرجع و سرعت واقعی در حالت اعمال تغییر در اندازه شار مرجع رتور،(ب) خطای

 تعقیب سرعت،(ج) نمودار تغییر در مقدار اندازه شار مرجع رتور را در بازة زمانی t=1s و t=2s از 0.8 به 0.6

 و بالعكس. 57

فهرست جداول

عنوان                                                                                                 صفحه

   جدول (4-1): پارامترهای موتور القایی مورد استفاده در شبیه­سازی 49

مقدمه

در اواخر دهه هشتاد میلادی تقریباً یک مجموعه کاملی از دانش برای سیستم­های خطی به وجود آمده بود (که شامل تکنیک‌های بسیار قوی از تحلیل کنترل نیز می‌شد). تلاش برای استفاده از پیشرفت‌های تئوری سیستم‌های خطی در سیستم‌های غیرخطی بسیاری از محققان را به حرکت واداشت. پیشرفت­هایی در این مورد در سیستم­های غیرخطی در موارد مفهومی و مهم، از قبیل کنترل­پذیری، رؤیت­پذیری و تحقق­پذیری با موفقیت به حد کمال رسیدند. با وجود پیشرفت­های عمده تا به امروز، تکنیک­های جامع برای پایدارسازی سیستم­های غیرخطی فقط برای کلاس­های مشخصی به وجود آمده است، که این به خاطر پیچیدگی بسیار زیاد رفتار سیستم­های دارای دینامیک غیرخطی می­باشد، که مانع از ایجاد یک تئوری یکپارچه می­گردد. از طرف دیگر، پیشرفت­های تکنولوژیکی جدید، یک سری مسأله­های مهندسی را ایجاد کرده بود که اثرات غیرخطی مشخصی را باید به حساب می­آورد، که متاسفانه تئوری پیشرفته نتوانست با آنها به صورت موفقیت‌آمیز برخورد نماید، زیرا ساختار­های قابل قبولی که با بصورت تحلیلی بدست آمده­اند، لزوماً با محدودیت­های فیزیکی منطبق نیستند (اورتگا، 1998).

موتورهای القایی به دلیل قابلیت اطمینان، استحکام و قیمت کم، امروزه یکی از مهمترین محرکه های سیستم‌های صنعتی محسوب می‌شوند. با این وجود، مبحث کنترل این موتورها به دلیل وجود دینامیک‌های تزویج شده چند ورودی چند خروجی با پیچیدگیهای خاصی همراه است. با پیشنهاد روش کنترل برداری در اواخر دهه هفتاد امکان کنترل مستقل گشتاور و شار مغناطیسی برای این موتور فراهم آمد. این روش در شرایط گذرای شار، توانایی کنترل مستقل شار و گشتاور را ندارد. از طرف دیگر تخمین شار روتور ارتباط زیادی به مقدار واقعی مقاومت روتور دارد و مقاومت روتور به دلیل اثرات پوستی و تغییرات حرارتی موتور، مقدار ثابتی نیست. علاوه بر مسئله تاثیر نامعینی های پارامتری برعملکرد موتور، این روش نیاز به انتقال دستگاه‌های مختصات و نیز رگولاتورهای اضافی برای کنترل جریان موتور نیز دارد.

كنترل موتور القایی به علت استفاده بسیار زیاد آن در صنعت سالهاست مورد بحث و بررسی می­باشد. پیدا كردن راهی برای كنترل سرعت، گشتاور و شار این دسته از موتورها، كه هم از لحاظ دقت و پایداری و هم از لحاظ هزینة تمام شده بهتر از گزینه­های دیگر ­باشند، همیشه به عنوان یكی از دغدغه­های محققان مطرح بوده است. هدف اصلی از انتخاب یك روش كنترلی برای كنترل موتورالقایی این است كه بهترین مشخصات ممكن برای درایو

انتخاب گردد. به علاوه مهمتر از آن اینكه ایجاد و اجرای آن روش كنترلی ساده باشد. مثلاً الگوریتم ساده، تنظیم ساده و توانایی ایجاد كنترل‌كننده ساده‌تر كه منجر به كنترل‌كننده ارزانتری خواهد شد.

روش پسیویتی¹ به عنوان یك روش كنترلی به علت ماهیت كلی­نگر آن و نگرش فیزیكی آن به كل سیستم و مبادلات انرژی بین كل سیستم و محیط پیرامون آن در بسیاری از كاربردهای مهندسی بكارگرفته شده است. این روش كه به عنوان یكی از روشهای مهم در بین روشهای دیگر كنترل موتور القایی در سالهای اخیر مطرح شده است و از لحاظ تئوری با روشهای دیگر بسیار متفاوت می­باشد، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.

اولین مبحث در روش پسیویتی مبحث سیستم­های اولر-لاگرانژ² می­باشد، كه تعریف آن برای سیستم­ها و محدوده‌ای كه این سیستم­ها را در بر می­گیرد، مورد بررسی قرار می­گیرد. دومین شاخه­ی بررسی شده مفهوم بنیادی پسیویتی می­باشد. خاصیت مهم روش طراحی کنترل­كننده پیشنهادی این است که بر مبنای خاصیت ورودی–خروجی پسیویتی می­باشد. بنابراین به طور معمول نیازی به اندازه­گیری تمام حالات برای رسیدن به عوامل کنترلی ندارد. این روش از بررسی ویژگی­های فیزیکی مانند حفظ انرژی³ و عدم فعالیت (پسیویتی) نتیجه می­شود. این روش باید با روش خطی‌سازی فیدبک⁴ مقایسه شود، که از محاسبات ریاضی محض نتیجه می­شود. به زبان ساده، در طراحی بر اساس PBC ( Passivity Based Control ) هدف در شکل­دهی انرژی⁵ سیستم در مسیری است که ما را به تعقیب خروجی مجانبی مطلوب برساند. هدف اصلی برای کنترل سیستم رسیدن به دینامیک­های مطلوب بدون حذف دینامیک­های سیستم حلقه­بسته­ی غیرخطی و یا برخورد با تکینی­های کنترل‌كننده می‌باشد. مدلی كه از آن استفاده شده است، مدل فیزیكی موتور القایی می‌باشد كه در كنترل غیرخطی به عنوان روشی كه بسیاری از مشكلات روشهای كنترلی دیگر را ندارد مطرح است. ( Ortega, Loria, Nicklasson, Sira-Ramirez,1998 )

با توجه به اینكه در كشور ما تحقیق و پیاده­سازی این روش در كاربردهای مهندسی مورد توجه قرار نگرفته است بر آن شدیم تا در این پایان­نامه یك روش بهبود یافته از آن را در كنترل موتور القایی طراحی نموده و نتایج شبیه‌سازی و مزایا و معایب این روش را در این مورد خاص بیان نماییم. امید است محققان عزیز كشورمان با تحقیق بر روی كاربردهای بسیار این روش نسبتاً جدید، در راستای پیشرفت هر چه بیشتر میهن اسلامی‌مان گام‌های بلندی بردارند.

1. Passivity
2. Euler-Lagrange
3. Energy Saving
4. Feedback Linearization
5. Energy Shaping

در این پایان­نامه ابتدا در فصل 1 به بیان خلاصه­ای از پیشینه پژوهش می­پردازیم. در ادامه در فصل 2 به معرفی چند انواع روشهای كنترل موتور القایی می­پردازیم. در فصل 3 تعریف پسیویتی و معادلات حركت اولر-لاگرانژ خواهد آمد. سپس اثبات پسیو بودن این سیستم­ها و معادلات فیزیكی و انرژی كل سیستم مورد بررسی قرار میگیرد. در فصل 4 اثبات اولر-لاگرانژ و پسیویتی موتور القایی مورد بحث قرار میگیرد و سپس مدل مناسب برای موتور القایی تعریف شده و كنترل­كننده مبتنی بر پسیویتی برای رهگیری گشتاور- سرعت ارائه شده توسط اورتگا ‌‍[3]، با جزئیات آن معرفی و سپس كنترل­كنندة پیشنهادی طراحی و تشریح می­شود. در نهایت در فصل 5 نتایج شبیه­سازی این كنترل­كننده با كنترل­كننده ارائه شده توسط اورتگا مقایسه می­شود.

تعداد صفحه :60

قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***