مدل سازی و شبیه سازی مبدل الکترونیک قدرت DC-DC باک ـ سیستم موتور DC
چکیده
به منظور کنترل جهت های مثبت و منفی در شفت موتور DC متصل به مبدل الکترونیک قدرت DC/DC باک، این مقاله توپولوژی جدیدی از این سیستم را ارائه می دهد. برای این منظور، یک مبدل تمام پل بین مبدل باک و موتور DC قرار می دهیم. نتایج مدل محاسباتی مرحله به مرحله ی از اعمال قانون ولتاژ و جریان کیرشهف نشان داده شده است. سپس تحلیلی در حالت دائمی ارائه می گردد تا نقطه تعادل سیستم بدست آید. در نهایت شبیه سازی عددی با استفاده از متلب صورت می گیرد که امکان پذیری طرح ما را نشان می دهد.
1.مقدمه
بازوی مکانیکی و ربات های متحرک، ابزار ماشین، خطوط راه آهن، خطوط دو جهتی کارخانه های نورد و آسانسورها مثال هایی از کاربرد موتورهای DC هستند. بنابراین موتورهای DC به صورت گسترده ایی در سیستم هایی که نیاز به کنترل دارند مورد استفاده قرار می گیرند. مرسوم ترین روش کنترل سرعت زاویه ایی در یک جهت تنظیم ولتاژ آرمیچر است [1]. به همین ترتیب مدولاسیون عرض پالس (PWM) روش معمول دیگری برای کنترل سرعت زاویه ایی موتور DC است. با توجه به روش های دشوار کلیدزنی PWM تغییرات ناگهانی ولتاژ و جریان درموتور پدید می آید [2]. با هدف حل این مسائل از مبدل الکترونیک قدرت DC/DC استفاده می کنیم که به راه اندازی نرم موتور کمک زیادی می کند. عموما، هدف استفاده از این مبدل های DC/DC کنترل سرعت زاویه ایی یا مکان زاویه ایی است. مخصوصا مبدل DC/DC باک که با توجه به کلید زنی سخت PWM شکل موج اغتشاشی را کاهش می دهد.
4.نتیجه گیری
در این مقاله توپولوژی جدیدی برای مبدل باک DC/DC سیستم موتور DC ارائه شد. طرح جدید از طریق قرار دادن یک مبدل تمام پل بین مبدل باک و موتور DC بدست آمد. با توجه به این مطلب، شفت موتور می تواند در جهت مثبت و منفی گردش کند. تخست، سیستم محاسباتی مدل مورد مطالعه بدست آمد. سپس تحلیل حالت ماندگار انجام شد و در نهایت شبیه سازی عددی برای نشان دادن اعتبار طرح بیان شده صورت گرفت. اخیرا مدل آزمایشگاهی توسعه داده شده تا اعتبار مدل محاسباتی مورد آزمایش قرار گیرد. با توجه به کارهای آینده، طراحی شبیه سازی کنترلری برای مدل محاسباتی با هدف کنترل سرعت زاویه ایی شفت موتور DC جذاب خواهد بود.
Abstract
In order to drive both positive and negative directions in the shaft of a DC motor connected to a DC/DC Buck power electronic converter, this paper presents a new topology of the DC/DC Buck power electronic converter–DC motor system. To this end, a full–bridge converter is placed between the Buck converter and the DC motor. The deduction of the mathematical model step-by-step, from applying Kirchhoff’s voltage and current laws is shown. Later, an analysis in steadystate is presented, obtaining the system equilibrium point. Finally, numerical simulations are performed through Matlab– Simulink, showing the viability of our proposal.
I. INTRODUCTION
Manipulators and mobile robots, machine tools, railways, reversible rolling mills and elevators are just a few applications of DC motors. Thus, DC motors are vastly used in systems that require to be controlled. The most common way to control the angular velocity in one direction is adjusting the motor armature voltage [1]. Likewise, pulse width modulation (PWM) is another usual method for controlling the angular velocity of a DC motor. Nevertheless, due to the hard switching strategy of the PWM, abrupt changes occur in the voltage and current of the DC motor [2]. With the purpose of solving these problems, DC/DC power electronic converters are used, which allow a smooth starter of the motor. Generally, using these DC/DC power electronic converters it is intended either to control a desired angular velocity profile or a desired angular position trajectory. Specifically, the DC/DC Buck power electronic converter reduces the noisy shape due to the hard switching of the PWM.
IV. CONCLUSION
In this article a new topology for the DC/DC Buck power electronic converter–DC motor system has been presented. The new proposal, is achieved placing a full–bridge converter between the DC/DC Buck power electronic converter and the DC motor. Thanks to this, the motor shaft can rotate in both positive and negative directions. Firstly, the mathematical system model under study was obtained. Later, a steady-state analysis was performed. Finally, numerical simulations showed the validity of the proposed system. Currently, it is developing an experimental setup; this in order to experimentally validate the mathematical model obtained. Concerning future work, it would be interesting to design and simulate a controller for the mathematical model obtained, aiming to control the angular velocity of the DC motor shaft.
چکیده
1. مقدمه
2. مدلسازی و تحلیل حالت پایدار مبدل الکترونیک قدرت DC/DC باک سیستم موتور DC
الف. مدلسازی سیستم
ب. تحلیل حالت پایدار سیستم
3. شبیه سازی عددی سیستم
الف. نتایج شبیه سازی
4. نتیجه گیری
Abstract
I. INTRODUCTION
II. MODELLING AND STEADY-STATE ANALYSIS OF THE DC/DC BUCK ELECTRONIC POWER CONVERTER–DC MOTOR SYSTEM
A. System modelling
B. System steady-state analysis
III. NUMERICAL SIMULATIONS OF THE SYSTEM
A. Simulation results
IV. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه