معوض التخميد غير الخطي لجهد اضطراب المحركات

أهمية وجود معوض التخميد غير الخطي لجهد اضطراب المحركات

نظراً لميزاتها المفيدة، مثل الدقة العالية و”كثافة الطاقة العالية” والكفاءة العالية والهيكل البسيط ونسبة عزم الدوران إلى القصور الذاتي العالية؛ فقد تم استخدام المحركات المتزامنة المغناطيسية الدائمة المثبتة على السطح (SPMSM) على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية، مثل توجيه الطاقة الكهربائية والمركبات الهجينة والكهربائية وأنظمة التهوية وتكييف الهواء.

وفي معظم أنظمة محرك (SPMSM)؛ فإنه يتم استخدام محولات مصدر الجهد (VSI) لتعديل عرض النبضة (PWM)، كما ويتم استخدام الوقت الميت لمنع تبادل إطلاق النار عبر أجهزة تبديل (VSI)، وذلك على الرغم من أن الوقت الميت قصير نسبياً مقارنة بفترة (PWM)، إلا أنه ينتج عنه تأثيرات ضارة مختلفة مثل انخفاض الجهد الكهربائي الأساسي.

وذلك بالإضافة الى تشوهات الطور الحالية الناتجة عن التيار الكهربائي التوافقي منخفض الترتيب والسعة الناتجة الطفيلية لمفاتيح التبديل شبه الموصلة، كما أن هذه العوامل غير المثالية الناتجة عن الوقت الميت تؤدي إلى تدهور أداء (VSI) وتؤدي في النهاية إلى تدهور أداء التحكم في قيادة المحرك.

كذلك يتم ضبط أمر الجهد المرجعي بدلاً من إشارة (PWM)، وذلك للتعويض عن جهد اضطراب الوقت الميت، كما تعتمد معظم طرق التعويض التي تستخدم هذا النهج على قياس خسائر فولت الثانية الناتجة عن أخطاء الجهد بين الفولتية الموجهة والفعلية في أرجل العاكس، كما يتم حساب متوسط ​​خسائر (الفولت-الثانية) على كل دورة حاملة (PWM)، كما وتنعكس قيم الخسارة المتوسطة جنباً إلى جنب مع قطبية الطور الحالية في أمر الجهد للتعويض عن جهد اضطراب الوقت الميت.

الخوارزميات الخاصة بضبط جهد الاضطراب في المحركات

ومن ناحية أخرى، تم اقتراح نموذجين من خوارزميات التحكم التنبؤيه لتعويض تأثير الوقت الميت، كذلك الجدول في الوقت المناسب، كما وتم اختيار متجه للتعويض عن تأثير الوقت الميت، حيث تم اختيار متجه لتقليل أخطاء التيار لمحور (dq) بما في ذلك تأثير الوقت الميت، أيضاً تم تحديد وقت محدد في وقت محدد وقت الوقت المناسب ووقت الموعد المحدد يتم استخدام خوارزميات للتحكم في التحليل في الرسم البياني للتوضيح.

ومن أجل حل هذه المشكلة بشكل أساسي؛ فإنه يتم تقدير كل من قيم المعلمات وفولت اضطراب الوقت الميت بناءً على المربعات الصغرى التكرارية (RLS) المرشحات التكيفية وطريقة التربيع الصغرى (LSM)، كما تم اقتراح خوارزمية التحكم التكيفي المرجعي النموذجي (MRAC) لتحديث تقديرات المعطيات بطريقة تقلل من أخطاء التيار (αβ) مع مراعاة عدم الخطية (VSI)، ومع ذلك؛ فإن هذه الأساليب تعاني من عيوب زيادة أوامر النظام وحسابات معقدة لمرشحات (RLS) التكيفية و(LSM).

وفي هذه الدراسة، نعتبر نظام التحكم الموجه نحو المجال (FOC) في إطار إستراتيجية أقصى عزم دوران لكل أمبير (MTPA) لـ (SPMSM)، كما ونشتق نموذجاً ديناميكياً من (SPMSMs)، بحيث يتضمن جهد اضطراب الوقت الميت (VSI) وعدم اليقين في معلمة (SPMSM) للتعويض في وقت واحد عن جهد الاضطراب وعدم اليقين.

النموذج الديناميكي في معوض التخميد غير الخطي

يعتبر نظام (FOC) في إطار استراتيجية (MTPA) لـ (SPMSM)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1)، حيث تتحكم وحدة تحكم (PI) في السرعة في الحلقة الخارجية وتتحكم وحدة تحكم (PI) أخرى جنباً إلى جنب مع المعوض الأمامي في تيارات الجزء الثابت (dq -axes) في الحلقة الداخلية، كما و ينتج (VSI) جهد التيار المتردد ثلاثي الطور (SPMSM) باستخدام تعديل عرض نبض متجه الفضاء (SVPWM).

بحيث يظهر جهد اضطراب الوقت الميت (VSI) في الشكل (1)، وذلك ليعكس الأخطاء المهمة بين الجهد المرجعي والجهد الفعلي الناتج (VSI)، كما أن (Ke) هو معامل عزم دوران المحرك، كذلك (J) هي لحظة القصور الذاتي، (B) هو معامل الاحتكاك.

(ω ∗ e) هي القيمة المرجعية للسرعة الزاوية الكهربائية، (ωe) و(i ∗ d و i ∗ q) هي القيم المرجعية لمعرف تيارات (dq -axes) و (iq) على التوالي، (upid و upiq) هما مخرجات تحكم (PI -axes dq) (uffd) و (uffq) هما نواتج المعوض الأمامي لمحور (dq)، كما أن (u ~ d) و (u ~ q) هما الفولتية لاضطراب الوقت الميت في إطار مرجع (dq)، كذلك  (u ∗ d) و (u ~q) هما الفولتية المرجعية للجزء الثابت و (ud ،uq) هي الفولتية الفعلية للجزء الثابت.

تصميم معوض التخميد غير الخطي

من خلال النظر في وجود أخطاء المعطيات والجهد المضطرب للوقت الميت على الجانب الأيمن من (3) و (4)، كما وجد أن أداء التحكم للتيارات الثابتة للمحاور (dq)، بحيث يتأثر بشكل كبير، كما أن جهد اضطراب الوقت وأخطاء المعطيات، ومن ثم؛ فإنه من الضروري التعويض في وقت واحد عن كل من جهد الاضطراب وأخطاء المعطيات لتحقيق درجة عالية من أداء التحكم لتيارات الجزء الثابت للمحاور (dq).

ولتحقيق هذا التعويض، يمكن استخدام وحدة تحكم (PI) التقليدية، وذلك جنباً إلى جنب مع المعوض الأمامي الموضح في الشكل السابق (1)، ومع ذلك، تشير العلاقات الرياضية التالية إلى أن وحدة التحكم (PI) غير كافية للتحكم الدقيق في تيار الجزء الثابت لأن شروط خطأ المعلمة والجهد المضطرب متفاوتان مع الوقت، ولكن وحدة التحكم (PI) قادرة فقط على تعويض عنصر التيار المستمر للوقت، بحيث تكون متفاوتة الأخطاء أو الاضطرابات.

كما يتطلب هذا الموقف نوعاً جديداً من المعوضات، كما ونركز على الهيكل الخاص لشروط خطأ المعطيات والجهد المضطرب في العلاقات السابقة والذي يكون على شكل منتج لأجزاء متغيرة غير معروفة وقابلة للقياس، كما أن هناك العديد من طرق التعويض غير الخطية المتاحة لهذا الهيكل من عدم اليقين والاضطراب.

وأخيراً تم تطوير نموذج ديناميكي مفصل لـ (SPMSM)، وذلك من خلال النظر في جهد اضطراب الوقت الميت (VSI) وعدم اليقين في المعلمة ، مما كشف أنه يجب تعويض كل من جهد اضطراب الوقت الميت وعدم اليقين في المعلمة لتحقيق تحكم دقيق في التيار الثابت لمحور (dq)، كما تم تصميم (NDC) للتعويض عن كل من جهد اضطراب الوقت الميت وعدم اليقين في المعلمات لأنظمة محرك (SPMSM).

وبناءً على نظام (FOC) التقليدي مع استراتيجية (MTPA)، تتمثل الميزة المهمة لمركز البيانات الوطني المصمم في أنه تم إنشاؤه في شكل موحد للتعويض عن كل من جهد اضطراب الوقت الميت وعدم اليقين في المعطيات ويتم تنفيذه فقط من خلال التغذية الراجعة الثابتة لمتغيرات النظام المتاحة دون الحاجة إلى أي مرشحات ومقدرات عالية الترتيب أو المراقبون.

وبعد تطبيق (NDC) مع وحدة تحكم (PI) ومعوض التغذية الأمامي؛ فقد ثبت أن نظام الحلقة المغلقة مقيد بشكل أسي عالمياً بحدود صغيرة بشكل تعسفي ومعدلات تسوس سريعة يتم ضبطها عن طريق ضبط وحدة تحكم (PI) ومكاسب (NDC)، حيث أظهرت النتائج التجريبية أن (NDC) المصمم يقلل بشكل كبير من (THD) و (SSE) للتيارات الثابتة ثلاثية الطور والمحاور (dq)، مما يتحقق من فائدة وفعالية (NDC) المصمم.