Doğrudan Tahrikli Robotic Uygulamaları İçin Sabit Mıknatıslı Senkron Motorların (smsm) Konum Denetimi

Abstract

Sabit mıknatıslı senkron motorlar (SMSM) hızlı moment cevab ve yüksek performans kriterleri gerektiren robot kolu, CNC tezgahları, asansör, elektrikli otomobil ve birçok başka mekatronik uygulamalarında kullanılırlar. Bu tezde, SMSM motorların konum kontrolları Matlab/Simulink yazılım paketi kullanılarak incelenmiş ve zorlu bir uygulama olarak 2 serbestlik dereceli doğrudan tahrikli bir düzlemsel robot kolu üzerinde simüle edilmiştir. İlken, SMSM’nin alan oryantasyonlu kontrolu uygulanmış ve sonra da, tüm sistemin dinamik modeline uygulanmiştir. 2 serbestlik dereceli robotun herbir eklemini bir SMSM sürmektedir. Sonraki adımda, değişken yük etkileri altında istenen konum yörüngelerinin izlenmesi için lineer ve lineer olmayan kontrolörler geliştrilmiştir. Amaç, istenen konum yörüngelerinin gerek geçici, gerekse sürekli rejimde minimum hata ile izlenmesidir. Lineer kontrolörler PD ve PID tipi olarak seçilmiş, lineer olmayan kontrolör olarak ise modele dayalı bir yöntem olan PD+ geliştrilmiştir. Bu kontrolörlerin performansı farklı yük ve parametreler için karşılaştırılmış, PID ve PD+’ı üstün kılan çalışma tartışılmıştır.

Permanent magnet synchronous motors (PMSM) are widely used in many applications that require rapid torque response and high-performance criteria such as robotic manipulators, CNC machine tools, elevators, electric vehicle and many other applications in the area of mechatronics. In this thesis, the position control of a PMSM based on Matlab/Simulink software package is studied and as a challenging application, the developed controls are simulated for a 2-DOF direct-drive (DD) planar robotic arm. First, the field-oriented PMSM servo drive is implemented and the dynamic model of the system at nominal conditions is simulated. Then a 2-DOF direct drive robot is taken into consideration with two PMSMs as an example driving each link. Linear and nonlinear controllers are designed to track any given position trajectory under varying load effects. The aim of the controllers is to track the desired position trajectory with minimum error in both transient and steady state. The linear controllers are PD and PID type while the nonlinear controller is, a nonlinear model based controller, known as proportional-derivative-plus (PD+) controller. The performance of these controllers is tested under different load and reference conditions and compared for tracking performance. The superiority of PID and PD+ controllers is discussed based on the system operating conditions.