FIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORUN SAYISAL İŞARET İŞLEMCİ TABANLI KONUM DENETİMİ

Transkript

1 PAMUKKALE ÜNİ VERSİ TESİ MÜHENDİ SLİ K FAKÜLTESİ PAMUKKALE UNIVERSITY ENGINEERING COLLEGE MÜHENDİ SLİ K B İ L İ MLERİ DERGİ S İ JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES YIL CİLT SAYI SAYFA : 2006 : 12 : 1 : FIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORUN SAYISAL İŞARET İŞLEMCİ TABANLI KONUM DENETİMİ Çetn GENÇER, İmal COŞKUN Fıat Ünvete, Teknk Eğtm Fakülte, Elektk Eğtm Bölümü, 23100, Elazığ Gaz Ünvete, Teknk Eğtm Fakülte, Elektk Eğtm Bölümü, 06500/Teknkokulla/Ankaa Gelş Tah : ÖZET Fıçaız Doğu Akım Motolaı (FSDAM) güç elektonğ ve kontol teknolojndek gelşmelee bağlı olaak yükek pefomanlı kontol temlende yaygın olaak kullanılmaktadı. Anahtalamalı kaynakdan belenen bu motolada, alınım olmadan konum denetmnn yapılmaı azu edlen b duumdu. Bu çalışmada, yapıının bat olmaı nedenyle b oanal-tüev (PD) denetleyc taalanaak, FSDAM ın ayıal şaet şlemc tabanlı konum denetm geçekleştlmşt. Benzetm ve deney çalışmalaından taalanan denetleycnn, alınımız hızlı b dnamk cevaba ahp olduğu göülmüştü. Anahta Kelmele : Fıçaız doğu akım motou, PD denetleyc, Sayıal İşaet İşlemc POSITION CONTROL OF BRUSHLESS DC MOTOR BASED ON DIGITAL SIGNAL PROCESSING ABSTRACT Buhle DC Moto (BLDC) have been ued wdely hgh pefomance contol ytem whch ae depended on to development of powe electonc and contol technology. In thee moto to fed commutated upply, the contol of poton wthout oclaton ha been equed. In th tudy, poton contol of BLDC wth dgtal gnal poceng ha been mplemented by a popotonal-devatve (PD) contolle becaue of t mple tuctue. It ha been een that the contolle whch popoed fom mulaton and expemental tude, ha a quck dynamc eponce wth nonocllaton. Key Wo : Buhle DC moto, PI contolle, Dgtal gnal poceng 1. GİRİŞ FSDAM la, güç elektonğ ve kontol teknolojndek gelşmelee bağlı olaak yükek pefomanlı kontol temlende yaygın olaak kullanılmaktadı. İmalat teknklendek gelşmele, moment-eylemzlk oanı büyük ve zaman abt küçük motolaın malatını olanaklı hale getmşt. Bu motola küçük güçlü üme temlene htyaç duyan obotkle, teyp tahk, yazıcı ve ket üücüü, kelme şlemc gb otomayon temlende ve uzay uygulamalaında yaygın olaak kullanılmaktadı (Thoegeen and Blaabjeg 2004). FSDAM laın hız ve konum denetmlende yapılaının batlğ ve b çok endüt uygulamalaında yetel vem kaşılamaı nedenyle klak denetleyclen kullanım alanlaı oldukça fazladı. Klak denetleycleden olan PD denetleycnn, oanal ve tüev katayılaının ayalanmaı uetyle tenlen pefoman ağlanabl. PD denetleyc moden denetm 37

2 Fıçaız Doğu Akım Motoun Sayıal İşaet İşlemc Tabanlı Konum Denetm, Ç. Gençe, İ. Coşkun teknkleyle kaşılaştııldığında, yapılaının batlğ ve malyetlenn düşük olmaı göze çapan en öneml avantajlaıdı (Mad and Deeb, 1999). Denetlenecek temn modelne htyaç duymaı ve en uygun kazanç değelenn deneme yanılma yöntemyle bellenme PD denetleyclen dezavantajlaıdı. Ancak bu denetleycle FSDAM laın çok haa denetm tenmeyen endütyel uygulamalaında ahatlıkla kullanılabl. Çok haa denetm tenen endüt uygulamalada e moden denetm teknklenden olan Bulanık Mantık (BM), Yapay Sn Ağlaı (YSA), Genetk Algotma (GA) ve Snel Bulanık Denetleyc (SBD) le klak denetleyclee göe daha y onuçla vemekted (Ibahm and Lev, 2002). Bu çalışmada FSDAM ın dnamk modelnden yaalanaak vektö denetm yapılaak geçek zamanlı olaak konum denetm geçekleştlmşt. Benzetm çalışmalaı MATLAB/SIMULINK pogamı le model doyaı hazılanaak yapılmıştı. Deney çalışmalaı çn e b deney düzeneğ hazılanıp dspace 1104 denetleyc katı kullanılaak geçek zamanlı b denetm ağlanmıştı. 2. FSDAM IN ROTOR REFERANS DÜZLEMİNDE MATEMATİKSEL MODELİ Bu model, yabancı uyatımlı DA moto modelne benzemekted ve moto denetm yapıı bu model kullanılaak geçekleştl. Bu modelde, motoa at abt düzlemdek tato değşkenle dönen oto düzlemne aktaılı. Bu ayede, eştlklen deece ndgeneek çözümle daha hızlı olu ve FSDAM ın vektö denetm geçekleştlebl. Ancak bu modelde efean düzlemnn hızının blnme geekld (Pllay and Khnan, 1989; Dembaş ve Bal, 1997). Şekl 1 de FSDAM ın tato değşkenlenn oto efean düzlemne aktaılmış eşdeğe deve göülmekted. Buada akım ve gelm eştlkle üçfazdan k-faza Pak dönüşümü kullanılaak aktaılmaktadı. Şekl 1 den elde edlen FSDAM ın oto efean düzlemnde tato gelm eştlkle Eş. 1 ve Eş. 2 dek gb elde edlebl. ( ϕ) d V = R ωl (1) d V = R ω L ωϕ (2) V R ω L V R L ω L ( a ) ( b) ω ϕ a) d-eken eşdeğe deve; b) q-eken eşdeğe deve Şekl 1. Roto efean düzlemnde FSDAM model d ϕ = 0 olduğundan dolayı Eş. 1 ve Eş. 2 yenden düzenlene Eş. 3 ve Eş. 4 elde edl. d = (3) V R ωl d V = R ω L ωϕ (4) Eş. 3 ve Eş. 4 düzenleneek duum-uzay fomunda yazılacak olua Eş. 5 elde edl. d 1 V R 0 0 V 0 R L = 1 0 L 0 Pω 0 L ω L 0 2 ϕ (5) FSDAM ın üettğ elektomanyetk moment e Eş. 6 dak gb elde edl. ( ) Te = 0.75P L ϕ (6) FSDAM da oto manyetk akıı abt mıknatı taafından kaşılandığından ve oto denc çok yükek olduğundan dolayı akımın mıknatılanma bleşen = 0 olu. Ayıca mıknatılaı oto yüzeyne yeleştlmş olan motolada alınım dkkate alınmadığı çn, d ve q eken endüktanlaı bbne eşt olaak alını. Buna göe motoun üettğ elektomanyetk moment yenden yazılacak olua Eş. 7 elde edl. Te = 0.75 ϕ (7) Mühenlk Blmle Deg (1) Jounal of Engneeng Scence (1) 37-41

3 Fıçaız Doğu Akım Motoun Sayıal İşaet İşlemc Tabanlı Konum Denetm, Ç. Gençe, İ. Coşkun FSDAM ın oto efean düzlem model, duum uzay fomunda Eş. 8 dek gb fade edlebl. Motoun elektkel açıal hızı ve konumu e Eş. 9 ve Eş. 10 dak gb bulunabl. R ϕ ω 0 L L L q L R d ω 0 0 d = ω ω 2 3P ϕ B θ 0 0 θ 1 L 8J J q vq L v d d P T L 0 0 2j (8) dω dθ ( Te Bω Ty) = (9) j = ω (10) 3. FSDAM IN KONUM DENETİMİ FSDAM ın konum denetmnde, genellkle doğual temlee uygulanan gelenekel yöntemle, batlğ ve geçekleştme kolaylığı neden le tech edlen b denetm yöntemd. FSDAM ın konum denetm çn taalanan denetm yapıı Şekl 2 de göülmekted. a V da b a b θ e θ θ ω = 0 ω Şekl 2. FSDAM ın üme deve ve denetm yapıı Şeklden göüldüğü gb kaşılaştııcının gşle efean ve geçek konum değeled. İk büyüklük aaındak faktan b e hata nyal elde edl. Elde edlen konum hataı PD konum denetleycnn gşne uygulanı. Denetleyc çıkışı efean hız değed. Refean ve geçek hız değele b kaşılaştııcıdan geçleek PI hız denetleyc gşne uygulanı. Denetleyc çıkışından efean akımı elde edl. FSDAM ın otou abt mıknatılı olduğu çn akımın mıknatılama bleşen ıfı olaak alınmıştı. dq/abc dönüşümü yapılaak efean faz akımlaı bulunu. Bu akımla daha ona b akım denetleycden geçleek evcye uygulanı. Evc çıkışlaı, FSDAM ın tato faz agılaını kontollü b şeklde beleyeek, hız ve konum denetmnn geçekleştlme ağlanı. FSDAM ın geçek zamanlı konum denetm çn oluştuulan deney düzeneğ Şekl 3 de göülmekted. Şeklden göüldüğü gb FSDAM üme tem, güç deve, moto, denetleyc kat ve blgayadan oluşmaktadı. Mühenlk Blmle Deg (1) Jounal of Engneeng Scence (1) 37-41

4 Fıçaız Doğu Akım Motoun Sayıal İşaet İşlemc Tabanlı Konum Denetm, Ç. Gençe, İ. Coşkun Şekl 3. FSDAM üme tem deney düzeneğ DS1104 denetleyc katıyla blkte kullanılan aayüz pogamı yadımıyla Matlab\Smulnk te model doyalaı oluştuulu. Bu doyala yadımıyla geçek zamanlı olaak FSDAM ın konum denetm geçekleştl. Yazılımda kullanılan bütün değşkenle aayüz pogamı ayende geçek zamanlı olaak değştlebln. Şeklde yazılım ve donanım bmle blkte velmşt. FSDAM ın k faz akımı LEM akım tanduce kullanılaak ölçülmüştü. Bu analog blgle ayıal blglee dönüştüülüp, yazılım çnde kullanılmaı ağlanmıştı. Motoun hız\konum blg e 2500 çözünülüğe ahp b enkode yadımıyla ölçülmüştü. a) Moto konumu 4. DENEY SONUÇLARI FSDAM ın PD denetleyc le konum denetm çn elde edlen deneyel onuçla, abt efean konum değele çn Şekl 4 de göülmekted. Şeklden ıaıyla motoun velen efean konumu zleme başaımı, denetleyc akımının efean akıma göe değşm ve motoun k faz eğ göülmekted. Şeklden göüldüğü gb yaklaşık 0.5 anyelk b yeleşme üe onunda geçek konum efean konumu yakalamaktadı. Deney onuçlaından aşım ve üekl duum hataının oluşmadığı göülmekted. Buadan; FSDAM ın haa konum denetm geektmeyen endütyel uygulamalaında, gelenekel denetleyclen ahatlıkla kullanılableceğ öylenebl. b) Denetm akımı c) Faz akımlaı Şekl 4. Gelenekel PD denetleycnn adım efean konum cevabı deney onuçlaı Mühenlk Blmle Deg (1) Jounal of Engneeng Scence (1) 37-41

5 Fıçaız Doğu Akım Motoun Sayıal İşaet İşlemc Tabanlı Konum Denetm, Ç. Gençe, İ. Coşkun 5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bu çalışmada FSDAM ın PD denetleyc le konum denetm geçek zamanlı olaak geçekleştlmşt. Denetleycnn uygun oanal ve tüev kazanç değele deneme yanılma metodu le bellenmşt. Elde edlen onuçladan PD denetleycnn FSDAM ın konum denetmnde y onuçla vedğ ve endüt uygulamalaında ahatlıkla kullanılableceğ onucuna vaılmıştı. Ancak, FSDAM ın daha haa konum denetmlende moden uzman denetm teknkle, oanal ve tüev kazanç değelenn bellenmende etkn b ol oynayabl. Bu nedenle moden uzman denetm teknkle kulanılaak FSDAM ın konum denetmne lşkn çalışmala yapılabl. 6. KAYNAKLAR Dembaş, Ş. ve Bal, G Fıçaız Doğu Akım Motolaında Pozyon Kontolu, Gaz Ünvete, Fen Blmle Enttüü Deg, 10 (4): İbahm, Z. and Lev, E A Compaatve Analy of Fuzzy Logc and PI Speed Contol n Hgh-pefomance AC Dve Ung Expemental Appoach, Tanacton on Indutal Electonc. 38, 5, Mad, F. and Deeb, G Expemental Compaatve Analy of Conventonal, Fuzzy Logc and Adaptve Fuzzy Logc Contolle, IEEE Induty Applcaton Confeence, Thty-Fouth IAS Annual Meetng. Confeence Recod of the , Pllay, P. and Khnan, R Modelng, Smulaton and Analy of Pemanent-magnet Moto Dve, Pat I: The Pemanent-magnet Synchonou Moto Dve, IEEE Tanacton on Induty Applcaton, 25 (2), Thoegeen, P. and Blaabjeg, F Adjutable Speed Dve n the Next Decade: Futue Step n Induty and Academa, Taylo & Fanc Inc. Electc Powe Component and Sytem, (32), Mühenlk Blmle Deg (1) Jounal of Engneeng Scence (1) 37-41