مطالعه و شبیه سازی کنترل برداری سنسورلس ماشینهای ترکشن القایی با استفاده از فیلترهای کالمن تعمیم یافته و ساخت نمونه آزمایشگاهی

بیش از یکصد سال است که از ماشینهای القایی استفاده می شود. به دلیل ویژگی هایی همچون سادگی، قابلیت اطمینان بالا، بازدهی خوب و قیمت کم و مزایای اقتصادی تولید، ماشین های القایی از نوع قفسی پرکاربردترین ماشینهای الکتریکی در سرعت های ثابت بوده اند. ولی ساختار به شدت غیر خطی، روشهای کنترلی آنها را بسیار پیچیده ساخته است و سبب شده در کاربردهای سرعت متغیر همچون کاربردهای موتورهای ترکشن سالها استفاده از موتورهای dc به عنوان تنها گزینه در سیستمهای پیشران مطرح شوند. همچنین کانورترهای ac مورد نیاز برای ماشینهای القایی نسبت به کانورترهای مورد نیاز در ماشینهای dc بسیار گرانتر است و این امر نیز در استقبال کم از درایوهای سرعت متغیر موتورهای القائی بی تاثیر نبوده است. پیشرفت های جدید در زمینه های نیمه هادی و تولید تراشه های dsp و کانورترهای ac سبب استفاده روزافزون از ماشین های القایی در کاربردهای سرعت –متغیر شده است. استراتژی های مختلفی برای کنترل موتورهای ac وجود دارد ولی از بین آنها فقط کنترل برداری برای کاربردهای پرتوان و پربازده مثل کاربرد موتورهای ترکشن مناسب هستند. در دهه 90 میلادی، درایوهای ترکشن مبتنی بر کنترل برداری به بازار آمدند. جهت اعمال بهترین بردار سوئیچینگ ولتاژی به سیمپیچی های استاتور ابتدا می بایست اندازه و زاویه فاز شار رتور بدست آمده باشد. در درایوهای کنترل برداری که بر اساس روش محاسبه غیر مستقیم اندازه و زاویه فاز شار رتور با استفاده از اطلاعات سرعت استفاده می کنند از یک سنسور سرعت روی شفت ماشین استفاده می شود. از دیدگاه های مختلفی همچون کاهش هزینه های پیاده سازی، تسهیل عملیات پیاده سازی با حذف کابلکشی سنسورها، مصونیت بهتر نسبت به نویز و کاهش عملیات تعمیر و نگهداری و عملکرد بهتر ترمزهای الکتریکی و ... حذف این سنسورها بسیار مطلوب است. تکنیکهائی که در آنها از این سنسورها استفاده نمی شود اصولا به روشهای سنسورلس معروف هستند، البته کماکان در آنها از سنسورهای جریان و ولتاژ برای ایجاد استراتژیهای حلقه بسته و یا در حالات حلقه باز جهت محاسبات سرعت استفاده می شود. در این پایان نامه و در فصل اول مقدمه ای از کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور ارائه می گردد. در فصل دوم کلیاتی در باب کانورترهای مورد استفاده در درایوهای سرعت متغیر ذکر و شبیه سازیهایی از یک کانورتر نمونه ارائه می گردد. در فصل سوم کنترل برداری تشریح شده و نکاتی مفهومی ولی بسیار خلاصه در باب درایوهای کنترل برداری ارائه می گردد. در این فصل پیاده سازیهائی از کنترل برداری در اینورترهای جریانی و ولتاژی ارائه می شوند و در انتهای فصل نتایج شبیه سازیهای انجام شده برای پیاده سازیهای درایوهای کنترل برداری مبتنی بر سنسور سرعت ارائه می گردد. د رواقع در این فصل زیر بنای کنترل برداری سنسورلس تدوین می گردد. شبیه سازیهائی از کنترل برداری مبتنی بر سنسور سرعت ارائه می گردد. در این فصل شبیه سازی یک درایو کنترل برداری مبتنی بر سنسور سرعت ارائه می گردد که بخش مهمی از پیاده سازی درایوهای کنترل برداری سنسورلس است. در فصل چهارم روشهای قابل استفاده برای حذف سنسور سرعت تحت عنوان روشهای تخمین سرعت ارائه می گردد. در این فصل روش فیلترکالمن تشریح و شبیه سازیهائی در باب این روش در گام اول برای یک ماشین ساده بدون کنترل و در گام بعدی برای کاربردهای کترل برداری ارائه گشته است. در شبیه سازیهای انجام شده در این فصل تخمینگر فیلتر کالمن به موازات سیستم سنسور سرعت نصب می گردند و وقتی سیگنال سرعت مناسب از این تخمینگرها حاصل می آید، این سیگنال جایگزین سرعت به دست آمده از سنسور سرعت گشته و حلقه کنترل با این سیگنال بسته می شود. در واقع از سیگنال حاصله از سنسور سرعت به عنوان معیاری برای اعتباردهی و اثبات عملکرد مناسب تخمینگر استفاده شده است.