ضوضاء المحرك التعريفي مع التحكم التنبئي في التردد المنخفض

مسببات ضوضاء المحرك التعريفي وطرق التحكم في التردد المنخفض

تعد الضوضاء الصوتية التي تسمعها آذان الإنسان أو التي يلتقطها جهاز الكشف الصوتي أحد الجوانب الرئيسية لتقييم أداء نظام التحكم في المحركات الكهربائية، كما أن هناك ثلاثة أنواع مختلفة من الضوضاء وفقاً لمصادر الضوضاء المختلفة، وهي:

• الضوضاء الميكانيكية الناتجة عن اهتزاز جسم الآلة والدوار.

• ضوضاء التهوية الناتجة عن مروحة التبريد ودوران الجزء الدوار.

• الضوضاء الكهرومغناطيسية المنقولة على شكل تيار عالي التردد وكهرومغناطيسي موجي.

ومن بين هذه الأنواع من الضوضاء، تعتبر الضوضاء الكهرومغناطيسية هي الأكثر صعوبة في تجنبها بسبب عدم خطية المحولات في نظام محرك التردد المتغير، إلى جانب ذلك؛ فإن هذه الضوضاء عالية التردد هي الضجيج الرئيسي الذي يؤثر على الإدراك السمعي للإنسان.

يتم إنشاء الضوضاء الكهرومغناطيسية من خلال عملية تبديل الأجهزة الإلكترونية الكهربائية، وذلك من خلال التحكم التقليدي في تعديل عرض النبضة (PWM)، لذلك؛ فإن تبديل الحالة للأجهزة الإلكترونية للطاقة سوف يولد الجهد والتيار الكهربائي في شكل تسلسل نبضي.

كما أن هناك عدد كبير من التوافقيات الزمنية عالية الترتيب في تيار الجزء الثابت، والتي تولد التوافقيات الفضائية الدوارة عالية السرعة في المجال المغناطيسي للفجوة الهوائية مع التردد بالقرب من تردد تبديل العاكس.

لذلك ستؤثر هذه التوافقيات الفضائية على اتساع وتردد موجة “القوة الكهرومغناطيسية” في المجال المغناطيسي للفجوة الهوائية وقد تؤدي إلى نتيجة أن تردد القوة الكهرومغناطيسية قريب من التردد الطبيعي للآلة، ثم يتسبب في حدوث صدى ويزيد اهتزاز وضوضاء النظام.

الاختيار الأنسب لاستراتيجية التعديل والتحكم في التردد المنخفض

عند الاختيار الصحيح لاستراتيجية التعديل والتحكم؛ فإنه يمكن التحكم في الضوضاء الكهرومغناطيسية عالية التردد في نظام القيادة ضمن نطاق مقبول، عادة ما تتبنى طريقة قمع الضوضاء التقليدية استراتيجيات التعديل التي يمكن أن تقلل التوافقيات الحالية وخاصة التوافقيات تبديل التردد ومضاعفاتها، و لقمع القوة الكهرومغناطيسية عالية التردد.

ووفقاً لنظرية “بارسيفال”؛ فإنه يتم الحفاظ على الطاقة في مجال التردد الكهربائي طالما أن الطاقة في المجال الزمني تظل ثابتة، كما يشير هذا إلى أنه إذا تم تمديد نطاق التردد للطيف، بحيث يمكن تقليل قيمة الذروة لمكونات تردد التبديل وعادة ما يكون لنطاق التردد الأكثر بدانة أداء ضوضاء أفضل.

وفي الوقت الحاضر، تنقسم الاستراتيجية الرئيسية لتعديل الضوضاء المنخفضة لنظام عاكس ثلاثي الطور من مستويين هي (PWM) ذات التردد العشوائي، بحيث يمكن أن ينشر طيف الضوضاء إلى شكل أكثر بدانة، لذلك يتم استخدامه في العديد من المناسبات مع متطلبات ضوضاء صارمة، لذا؛ فإن استراتيجية (PWM) للتردد العشوائي قد تؤدي إلى تدهور كبير في بعض أداء النظام، مثل زيادة تموج تيار الجزء الثابت وفقدان التبديل.

بالإضافة إلى استراتيجية التعديل؛ فإنه يمكن لخوارزمية التحكم الجديدة أيضاً تحسين أداء الضوضاء لنظام التحكم في المحرك، وفي الوقت الحاضر؛ فإنه يتم تطوير التحكم المقيد في المحرك التعريفي من التحكم التقليدي القائم على التغذية المرتدة والذي يمثله جهاز التحكم (PI)، وذلك لتحسين التحكم مثل التحكم التنبئي بالنموذج (MPC).

ومع تحسين أداء الحوسبة للمعالجات الرقمية والسعي للحصول على أجهزة إلكترونية ذات طاقة عالية الأداء، فقد جذبت (MPC) المزيد والمزيد من الاهتمام والبحث في مجال إلكترونيات القدرة، ووفقاً لما إذا كانت هناك عملية تعديل أم لا؛ فإنه يمكن تصنيف (MPC) في إلكترونيات القدرة إلى نوعين مختلفين، وهما التحكم التنبئي لنموذج مجموعة التحكم المستمر (CCS-MPC) والتحكم التنبئي لنموذج مجموعة التحكم المحدودة (FCS-MPC).

كما يحتفظ (CCS-MPC) بالتعديل كاستراتيجية (PWM) التقليدية، وعلى الرغم من أنه يمكن أن يحسن دقة التحكم؛ فإن (CCS-MPC) سيزيد من تعقيد الخوارزمية ويزيد تردد التبديل للنظام، وكل ذلك من خلال النظر في الحالات المحدودة للعاكس، بحيث لا تحتاج (FCS-MPC) إلى عملية التعديل ويتم إخراج إشارات التحكم الخاصة بالعاكس مباشرة عن طريق تقليل وظيفة التكلفة في كل دورة تحكم.

وبالمقارنة مع استراتيجية (PI-SPWM) التقليدية، تتمتع (MPC) بالعديد من المزايا، بحيث أنه من السهل احتواء القيود غير الخطية، مثل تقييد تردد التبديل المنخفض وقيد الخسارة المنخفض وما إلى ذلك  بالإضافة إلى هذه المزايا؛ تتمتع (FCS-MPC) بخاصية متأصلة في طيف التيار المتناثر، وهو أمر مفيد للتحكم في الضوضاء.

وأخيراً؛ فإنه في بعض التطبيقات عالية الطاقة مثل أنظمة الجر “بالسكك الحديدية”، يلزم الحصول على تردد تبديل منخفض لتقليل فقد طاقة التبديل والضوضاء محدودة بشكل صارم لتزويد الركاب ببيئة مريحة، بحيث لا يمكن أن تضمن (PWM) ذات التردد العشوائي تردد تبديل منخفض ثابت، في حين أن (FCS-MPC) هي خيار أفضل للقيام بهذه المهمة.