Sürekli Mıknatıslı Senkron Motorların Mekanik Algılayıcısız Konum Kontrolü

Abstract

Bu çalışmada, sürekli mıknatıslı senkron motorların mekanik algılayıcısız hız ve konum kontrolüne ilişkin kestirim yöntemleri incelenmiştir. Pratikte, açısal hızın ölçümünde genellikle artımsal kodlayıcılar kullanılmaktadır. Ölçüm aygıtlarının kullanımı donanım karmaşıklığını ve maliyeti arttırmaktadır. Ayrıca bu algılayıcılar genellikle mekanik titreşimler, sıcaklık gibi çalışma koşullarından da olumsuz bir şekilde etkilenmektedir. Bu yüzden sürekli mıknatıslı senkron motorda vektör kontrolü gerçekleştirmek amacıyla hız ve konum bilgisinin kestiriciler ya da gözleyiciler yardımıyla elde edilmesi hedeflenmektedir. Bu doğrultuda tez kapsamında açık çevrimli akı kestiricisi, Luenberger gözleyicisi, Kalman filtresi, genişletilmiş Luenberger gözleyicisi ve genişletilmiş Kalman filtresi kullanılarak hız ve konum kontrolüne ilişkin benzetimler yapılmıştır. Gerçeğe daha yakın bir model elde etmek adına çoğu uygulamada ihmal edilen bir takım mekanik büyüklüklere de yer verilmiştir. Ayrıca açısal hızın sabit parametre gibi düşünüldüğü önceki çalışmalardan farklı olarak hız, mekanik hareket eşitliğinin kullanımı ile bir durum olarak kestirilmiştir. Başarımı arttırmak adına, yük momenti ve kütle sabit birer parametre gibi ele alınarak gözleyici modelinde bu ifadelere de yer verilmiştir. Genişletilmiş Luenberger gözleyicisi tasarımı ayrıntılı olarak incelenmiş ayrıca genişletilmiş Kalman filtresi ile kıyaslama yapma olanağı sunulmuştur. Bu yöntemler kullanılarak sürekli mıknatıslı senkron motorun yüksek başarımlı kontrolü sağlanmıştır.

In this study mechanical sensorless control of permanent magnet synchronous motors are examined. In practice, angular velocity is often obtained by incremental encoders. However, a problem with the utilization of measurement devices is the increased hardware complexity and cost. Additionally those sensors are usually affected by mechanical vibrations, high tempratures, etc. of the operating environment; thus, it is aimed to obtain the velocity and the position informations which are necessary to perform vector control of permanent magnet synchronous motor by estimators or observers. Hence in simulations, position and velocity controls are realized by using open-loop flux estimator, Luenberger observer, Kalman filter, extended Luenberger observer and finally extended Kalman filter. To achieve better accuracy in modeling, some mechanical expressions which are usually neglected are considered too. Also, unlike previous studies taking the angular velocity into consideration as a constant parameter, in this study, angular velocity is estimated as a state with the utilization of the equation of the motion. For improving observers’ capacity, estimation of load torque or mass are performed as a constant and they are set as states in the observer model. Extended Luenberger observers are studied deeply and comparison with extended Kalman filter is permitted. By using these methods, high performance control of permanent magnet synchronous motor is succeeded.