اندازه گیری رویت پذیری و استراتژی کنترل ماشین های القائی با محرکه بدون حسگر
چکیده
کنترل کشش الکتریکی با استفاده از ماشین های القائی بدون حسگر به عملکرد بالای رویتگر نیازمند است. رویتگر باید در کل بازه سرعت، حتی در سرعت پایین یا در شرایط های ترمز احیایی، عملکرد بالایی داشته باشد. شرایط ترمز احیایی در بلند مدت مکررا اتفاق می افتد. مشخص است زمانی که فرکانس استاتور کم باشد، سرعت موتور های القائی قابل رویت نخواهد بود. این مقاله از شاخص رویت پذیری برای تحلیل پیوسته رویت پذیری سرعت استفاده می کند. این تحلیل به منظور کنترل بدون حسگر ماشین های القائي به کار می رود. همبستگی بین شاخص رویت پذیری و عملکرد رویت گر با استفاده از روش آزمایش HIL در میز آزمایشگاهی انجام شده است. در این آزمایش از ترکیب روش کنترل برداری و تعمیم یافته فیلتر کالمن استفاده شده است. (روش HIL مخفف Hardware In Loop یک شبیه سازی است که برای توسعه و تست سیستم های توکار پیچیده استفاده می شود.) بر اساس شاخص رویت پذیری ، یک استراتژی بهینه برای طراحی کنترل کننده استفاده شده است. این کنترل کننده با در نظر گرفتن تمامی قید ها به منظور جلوگیری از رفتار نامطلوب در سیستم و اجتناب از شاخص رویت پذیری ضعیف پیشنهاد شده است. یک مورد ساده شده به منظور افزایش عملکرد رویتگر سرعت ارائه شده است. این مورد در همان شرایط و با همان تکنیک HIL میز آزمایشگاهی تست شده است تا به صورت تجربی نیز کنترل بدون حسگر پیشنهادی برای کاربرد های کششی را تصدیق کند
مقدمه
برای کاهش تعداد حسگر های فیزیکی و کاهش هزینه خرید و نگه داری آن، سالیان سال راه حل های صنعتی بر پایه رویتگر فاز ارائه شده است. برای محرکه ماشین القائی، حسگر سرعت حساس ترین حسگر می باشد. زیرا این حسگر هزینه بالاتری داشته و نسبت خرابی آن به حسگر های ولتاژ و جریان بیشتر است. در موارد با کاربرد کششی، دلیل نرخ خرابی بالای حسگر سرعت، عمدتا به خاطر شرایط کاری خشن ( لرزش، ضربه های وارده، دما و ...) می باشد. با این حال در این استفاده، داشتن محرکه بدون حسگر با دقت بالا در کل بازه سرعت و گشتاور اجباری است. موضوع محرکه ماشین القائی بدون حسگر سرعت بذای اولین بار در دهه ۱۹۸۰ مطرح شد.( Tamai et al. (1985)).
۶. نتیجه گیری
این مقاله پیشنهاد می کند تا به عمق تحقیق رویت پذیری ماشین های القائی بدون حسگر رفته و اندازه گیری پیوسته رویت پذیری را تعیین کنیم. کاربرد ان در محرکه بدون حسگر ماشین های القائی ۲ نتیجه مهم را ارائه می دهد: اولا، رابط مستقیم بین دقت رویت پذیری و اندازه گیری پیوسته رویت پذیری پر رنگ تر می شود. دوما، این اندازه گیری ها در کنترل به منظور اجتناب از مناطق با رویت پذیری ضعیف در نظر گرفته شده است. استراتزی کنترل با استفاده از مورد ساده شده به نام شاخص رویت پذیری اعمالی بر محرکه بدون حسگر موتور القائی می باشد. نتایج تجربی در میز ازمایشگاهی کارایی این کنترل در شرایط کشش واقعی را تصدیق می کند. نشان می دهد که کنترل پیشنهادی می تواند دقت و دینامیک رویت پذیری سرعت مخصوصا در شرایط با سرعت پایین به مدت طولانی را تضمین کند. کنترل پیشنهادی این قابلیت را دارد که بتوان ان را در هر نوع ماشین القائی اعمال کرد.
Abstract
Electrical traction using induction machine sensorless control requires high observer performance for all speed ranges, even for low speed or regenerative braking conditions which appear frequently during long time. It is well known that the speed of induction motors is unobservable at very low stator frequencies. This paper uses an observability index to continuously analyze speed observability for sensorless control of induction machines. The correlation between observability-index and observer performance is illustrated in a Hardware in the Loop (HIL) experimental test-bench combining the well-known vector control with an extended Kalman filter. Thanks to the observability-index information, an optimal strategy is proposed to design controllers to guide the system away from undesirable behavior and avoid the weak observability-index region by taking into account all working constraints. A simplified case is presented to improve the speed observer performance, which was tested in the same conditions with the same HIL test-bench to experimentally validate the proposed sensorless control for traction applications.
1. INTRODUCTION
To reduce the number of physical sensors, and the direct and maintenance costs they induce, industrial solutions have been based on state observers for years. For an induction machine drive, the speed sensor is the most critical because of its cost and its high failure rate compared to current and voltage sensors. In the case of a traction application, the high failure rate of the speed sensor is mainly caused by the harsh environment (vibration, impacts, temperature...). However, in this application, it is compulsory torque range. The problem of the speed sensorless induction machine drive has been first addressed in the 1980s (Tamai et al. (1985)).
6. CONCLUSION
This paper proposed to go deeper in the observability analysis of induction machine sensorless in order to define an observability continuous measurement. Its application to induction machine sensorless drive evidences two main results: first, the direct link between the observation accuracy and the observability continuous measurement is highlighted; second, this measurement has been considered in the control in order to avoid the weak observability region. The proposed control strategy is illustrated through a simplified case named observability-index based control applied to induction machine sensorless drive. Experimental results on a HIL test-bench validate the proposed control for realistic railway traction conditions. It shows that the proposed control can ensure the accuracy and the dynamic of the speed observation, particularly for low speed conditions during long time. The proposed control approach has the potential to be applied easily to any kind of induction machine.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
مقدمه
۲. مقدمات
۲.۱. در سیستم های غیر خطی، شناسایی رویت پذیری در رویکرد مرسوم استفاده از شکست های گرامیان بود.
۲.۲.اندازه گیری رویت پذیری: شاخص رویت پذیری
۳. اندازه گیری پیوسته رویت پذیری برای ماشین های القائی
۳.۱. طرح های ماشیت القائی
۳.۲. تحلیل رویت پذیری ماشین های القائی
۳.۳.شاخص رویت پذیری برای ماشین های القائی
۴.بررسی شاخص رویت پذیری برای کنترل بدون حسگر کلاسیک
۵. کنترل اجتناب از شاخص رویت پذیری ضعیف
۵.۱. استراتژی کنترل اجتنابی
۵.۲. کنترل بر اساس شاخص رویت پذیری
۵.۳. ازمایش حلقه باز HIL
۵.۴. ازمایش حلقه بسته HIL
۶. نتیجه گیری
منابع
Abstract
1. INTRODUCTION
2. PRELIMINARIES
2.1 Observability analysis : Lie derivative
2.2 Observability measurement : observability index
3. OBSERVABILITY CONTINUOUS MEASUREMENT FOR INDUCTION MACHINE
3.1 Induction machine models
3.2 Induction machine observability analysis
3.3 Observability index for induction machine
4. OBSERVABILITY-INDEX ANALYSIS FOR A CLASSICAL SENSORLESS CONTROL
5. WEAK OBSERVABILITY-INDEX AVOIDANCE CONTROL
5.1 Avoidance control strategy
5.2 Observability-index based control
5.3 Open-loop HIL experiment
5.4 Closed-loop HIL experiment
6. CONCLUSION
REFERENCES
- 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