Adaptive optimum control of a separately excited dc-machine using microcontroller

Abstract

Uyarma akıma sabit tutulan bir doğru akım makinasının rotor uçlarına uygulanan gerilim değiştirilerek, hız kontrolü amaçlanmıştır. Makinanın durum denklemleri aşağıdaki gibi verilmiştir. diq 1 Kq Kq = iq n +. vq (2.1) dt Tq Tq TR dn ıq - my d t Tn Th Bu denklemlerde birime indirgenmiş olarak iq : rotor akımı n s devir sayısı Vq : giriş gerilimi my s yük momenti Tq = Lq/Rq î rotor devresi zaman sabiti Kq = Vqn/lqnRq s rotor devresi kazancı Tn = 2TiJNon/Men : hızlanma zaman sabiti J ı eylemsizlik momenti Men s anma momen t i Vqn: anma rotor gerilimi lqnî anma rotor akımı Non r boştaki anma devir sayısını sembolize etmektedir. Bu tez çalışmasında, (2.1) ve (2.2) numaralı denklemlerle tanımlanan bir serbest uyarmalı doğru akım makinasına adaptif optimum kontrol uygulamak amacı ile bir donanım tasarlanmaya çalışılmıştır. Bu kontrol yöntemine göre uyarı akısı sabit tutularak rotor gerilimi değiştirilir. Model referans adaptif kontrol yaklaşımı kullanılmış ve bu iki aşamada uygulanmaya çalışılmıştır. İlk aşama, optimum kontrol stratejisinin ve ideal referans modelin belirlenmesidir. İkinci aşama ise, adaptif kontrol stratejisinin saptanmasıdır. Yukarıda sözü edilen adaptif ve optimal kontrol 5 tratej" ilerinin gerçekleştirilebilmesi için bir mikrobilgisayara gereksinim vardır. Optimum kontrol stratejisinin amacı minimum zamanlı bir optimum geçici rejim davranışı ve minimum sürekli hal hatası elde etmek ve bu arada. rotor akım ve gerilimlerini de sağlamaktır. Sözü edilen koşullar gözönüne alınarak amaç ölçütü (3.£a.) numaralı denklemdeki gibi seçilmiştir. 1 1 2 J = Sjjntf-Nr-) + s2 t f I m (vq-n- )2 dt 0 Kq (3. 2aî) Bu denklemde tf yerleşme zamanı olup minimum amaç ölçütüne (3.2b) de belirtilen koşullarla ulaşılmaya |iqJ < Im and vq < i (3.2b) çalışılırsa optimum kontrol kuralı olarak (3.3) vı ı denklemleri elde edilir: vq = n + lm/KQ. 0 i t i tf (3.3) vq = Nr + mv/Kq. t > tf Burada, Im izin verilen maksimum akım seviyesidir. Pratikte ise optimum performans nadiren elde edilir çünkü ası değişiklikleri, doyma ve eylemsizlik momenti, doğru akım makinasinda birçok hızlı ve ölçülemeyen parametre değişimine yol açar. Burada elde edilen anma değerler, ancak gerçek sistem için bir optimal referans model oluşturulmasını sağlarlar. Adaptif kontrol stratejisinin amacı ise ileri ve geri besleme denetleyicilerini ayarlayan uygun bir adaptasyon mekanizması tasarlamaktır. Yani, kontrol kural ı vqp = - Kp(e,t)«y + Ku(e,t).vq (3.4) ile hata vektörü e = x - y (3.5) motor parametreleri anma değerlerinden uzaklaşsa bile sıfıra eşitlenmeye çalışılır.

In this study, the adaptive optimum control of a separately excited dc- machine is aimed. The optimum and adaptive strategies are determined in two steps, where the optimum voltage input and state trajectories only constitute an optimum reference model for the plant. To build such a system in practice, a microcontroller is used. The actual rotor current is measured through a parallel A/D converter and the actual speed is measured through a serial one by the control ler. A dc-chopper is the driver of the machine and contains a D/A converter, a PWM regulator, MOSFET switch, and a dc-supply. The mechanism also contains a keypad and its interface circuit to accept programming commands. A display module shows the actual and desired speeds of the motor.