التحكم في اهتزاز الدوران للمحرك التعريفي غير المحمل

ضرورة التحكم في اهتزاز الدوران للمحرك التعريفي غير المحمل

يعتبر المحرك غير المحمل بمثابة نوع جديد من المحركات، والذي يخترق توازن المجال المغناطيسي للفجوة الهوائية للمحرك التقليدي لإنتاج عزم الدوران الكهرومغناطيسي وقوة التعليق الشعاعي. باستخدام تشابه الهيكل بين المحمل المغناطيسي والجزء الثابت للمحرك.

كما يتم تضمين مجموعتين من لفات زوجية مختلفة في المحرك غير المحمل لتدمير تناسق المجال المغناطيسي للفجوة الهوائية، والذي ينتج عزماً كهرومغناطيسياً وقوة تعليق شعاعي ويحقق الوظائف لدوران العضو الدوار وتعليقه.

وبالمقارنة مع الأنواع الأخرى من المحركات غير المحمل؛ فإنه لا يحتوي المحرك الحثي غير المحمل (BIM) فقط على مزايا المحرك الحثي التقليدي، مثل الهيكل البسيط وعزم الدوران المنخفض والتحكم السهل في إضعاف التدفق، ولكنه يحمل أيضاً مزايا المحمل المغناطيسي، مثل عدم التلامس وعدم التآكل وعدم التشحيم، كذلك عدم التلوث وعمر الخدمة الطويل.

كما أن هذه المزايا يمكن أن تجعل (BIM) رائجاً في مجالات القيادة الخاصة بما في ذلك السرعة العالية والسرعة الفائقة والفراغ والبيئة النظيفة والتآكل، وعلاوة على ذلك؛ فقد أصبحت (BIM) واحدة من النقاط الساخنة في مجالات البحث الخاصة بالمحركات التي لا تحمل في الوقت الحالي.

ومع ذلك، في حالة التصنيع والتشغيل الفعلي لـ (BIM)؛ فإن اهتزاز الجزء المتحرك سينتج حتماً عن التوزيع الكتلي غير المتكافئ لتصفيح الدوار ومشكلة دقة المعالجة وتشوه العمود الدوار في الاهتزاز طويل المدى، بعد ذلك؛ فإنه يصعب التوفيق التام بين المحور المركزي الهندسي ومحور القصور الذاتي للعضو الدوار.

لذلك؛ فإنه سوف يتم إنتاج قوة مثيرة تعمل على الدوار أثناء تشغيل المحرك، والتي لها نفس التردد الكهربائي مع السرعة وتتناسب مع مربع السرعة، وعندما يصل المحرك إلى سرعة معينة؛ فإنه سيحدث اهتزاز كبير غير متوازن حتى يكون “الإزاحة صغيرة”.

الدراسات العلمية حول اهتزاز الدوران في المحرك التعريفي

في الآونة الأخيرة، بالنسبة للاهتزاز الدوار غير المتوازن للمحركات عديمة المحمل؛ فقد طرح العلماء في الداخل والخارج العديد من طرق كبح الاهتزاز بناءً على نظرية التحكم، بحيث تنقسم معظم هذه الطرق إلى فئتين، وهما الحد الأدنى للتحكم الحالي والحد الأدنى للتحكم في الإزاحة.

كما تم اقتراح استراتيجية التحكم في التعويض لقوة التعليق الشعاعي بناءً على خصائص استراتيجيات الفصل المختلفة، ومع ذلك؛ فإن الاستراتيجية تتأثر بشكل كبير بتغيير معلمات المحرك، مما يؤدي إلى انخفاض دقة التحكم.

أيضاً تم اقتراح استراتيجية جديدة لكبح الاهتزاز المحوري لمحرك مغناطيسي دائم لا يحتوي على مغناطيس ذي موضعين فعالين، بحيث يمكن أن تزيد الاستراتيجية من قوة التخميد عن طريق ضبط تيار المحور (d) لتحقيق التحكم النشط في التعليق في الاتجاه المحوري للدوار.

وعلاوة على ذلك؛ فإنه يتم تقدير الوضع المحوري للدوار من خلال اختلاف ارتباط التدفق لملف المحرك، وبالتالي فإن مستشعر الإزاحة الإضافي ليس ضرورياً، ولاحقاً تم اقتراح استراتيجية التحكم في قمع الاهتزاز التكيفي للدوار على أساس خوارزمية تتبع الترددات المتعددة، بحيث يمكن أن تحدد هذه الخوارزمية بدقة وفعالية تردد إشارات الاهتزاز، لكن الخوارزمية المستخدمة في الاستراتيجية معقدة ويصعب تحقيقها.

وأخيراً تم وضع استراتيجية التحكم في تعويض التغذية الأمامية لنموذج (BIM) بناءً على تحويل الإحداثيات لتقليل اهتزاز الدوار بشكل فعال، ومع ذلك؛ فإن إزاحة الاهتزاز المستخدمة كإشارة تعويض هي مجرد تعويض مفتوح الحلقة لنظام التعليق، مما يؤدي إلى دقة تحكم منخفضة.

كما يتم استخدام مرشح متوسط ​​”المربع التكيفي” (LMS) من أجل توليد إشارة “تعويض الاهتزاز”، مما يقلل من سعة الاهتزاز اللامركزي للدوار ويحسن دقة التعليق، ومع ذلك؛ فإنه من الصعب تحديد معلمات الخطوة للمرشح التكيفي، لذلك يمكن أن تتأثر سرعة التقارب وتأثير التصفية.

الإزاحة الشعاعية على الاهتزاز غير المتوازن داخل المحرك التعريفي

في ضوء الإزاحة الشعاعية والاهتزاز غير المتوازن الناجم عن كتلة الدوار غير المتكافئة، بحيث يُقترح استراتيجية تحكم تدمج تعويض التغذية الأمامية غير المتوازن والتعويض الحالي، وبالمقارنة مع طرق التحكم الحالية؛ فإن هذه الطريقة لها مزايا هيكل التحكم البسيط وتأثيرات التحكم الرائعة.

ونظراً لتعديل نظام التحكم عن طريق التحكم التقليدي (PID)؛ فمن الصعب تلبية متطلبات التحكم عالية الأداء لنظام (BIM) غير الخطي، والذي يحتاج إلى مزيد من التحسين في البحث المستقبلي، وفي هذه العملية؛ فإنه يتم تطبيق وحدة تحكم تعويض التغذية الأمامية على نظام التحكم في التعليق، كما ويتم استخدام معالج الإشارة المتزامن لاستخراج المكون المتزامن لإشارة الإزاحة ويتم تحويل المكون المتزامن لإضعاف قوة الإثارة غير المتوازنة.

وفي الوقت نفسه، يتجاهل نظام التحكم في التعليق التيار المستحث لملف التعليق في الدوار، لذلك يتغير حجم قوة “التعليق الشعاعي”، والتي لها تأثيرات معينة على الاهتزاز غير المتوازن، كما يؤخذ التيار الكهربائي الناجم عن الدوار المهمل في الاعتبار من خلال رابط التعويض الحالي (الخاص بالتيار).

ونظراً لصعوبة قياس تيار الدوار؛ فإنه يمكن الحصول على المكون الحالي للجزء الثابت لملف التعليق عن طريق الإزالة، وبالتالي يمكن تحسين أداء التعليق للدوار بشكل فعال ويمكن تقليل الإزاحة الشعاعية، كما تم إنشاء نموذج التحكم في محاكاة تعويض الاهتزاز بواسطة (MATLAB / Simulink) ويتم إجراء عمليات المحاكاة بسرعات مختلفة، مع أخذ سرعة منخفضة (3000 لفة / دقيقة) وسرعة متوسطة عالية (8000 لفة / دقيقة).

بالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يتم إجراء البحث التجريبي أيضاً على المنصة التجريبية لـ (BIM)، بحيث تُظهر المحاكاة والنتائج التجريبية أن استراتيجية كبت الاهتزاز المقترحة يمكن أن تحقق تأثيرات تعليق جيدة، والتي لا تدرك فقط التعليق المستقر في نطاق سرعة واسع، ولكنها تقلل أيضاً من الإزاحة الشعاعية الناتجة عن اهتزاز الدوار في (BIM).

وبناءً على تحليل الاهتزاز غير المتوازن الناتج عن الانحراف المركزي للدوار في (BIM)؛ فقد تم اشتقاق النموذج الديناميكي للاهتزاز الدوار، وفي الوقت نفسه، يتم تقليل اهتزاز الدوار عن طريق استراتيجية التحكم جنباً إلى جنب مع تعويض التغذية الأمامية غير المتوازن والتعويض الحالي.

كما ويتم التحقق من فعالية الطريقة المقترحة لقمع الاهتزاز من خلال مقارنة إزاحة الدوار مع وبدون تعويض في المحاكاة و التجربة (بما في ذلك طفرة الحمل). يمكن تلخيص الاستنتاجات الرئيسية على النحو التالي:

• تكون إشارات الإزاحة المتزامنة المكتشفة بواسطة مستشعرات الإزاحة أكبر نظراً لانحراف العضو الدوار أثناء تشغيل (BIM)، كما وسيتم زيادة القوة غير المتوازنة الناتجة بعد تعديل وحدة التحكم.

• من خلال مقارنة عمليات إزاحة الدوار مع أو بدون تعويض؛ فإن استراتيجية التحكم في التعويض المقترحة لها تأثيرات تحكم جيدة تحت سرعات وأحمال مختلفة، بحيث يمكن أن يقمع بشكل فعال الاهتزاز غير المتوازن للدوار في ظل ظروف التشغيل المختلفة.

• أظهرت النتائج التجريبية أنه عندما تكون سرعة المحرك (3000r / min)، يكون الحد الأقصى للإزاحة الشعاعية للدوار مع التعويض حوالي نصف ذلك بدون تعويض، مما يشير إلى أن اهتزاز الدوار يتم قمعه بشكل فعال.