تنظیم کنترل کننده جریان موتور DC

تنظیم کنترل کننده جریان موتور DC

در این مقاله به تنظیم کنترل کننده جریان موتور DC می پردازیم. در سیستم های پیچیده معمولاً  یک حلقه کنترلی جوابگوی نیازهای کنترلی نمی باشد یا حتی ممکن است نتواند پایداری را تضمین کند. به همین علت از چند حلقه کنترلی تودرتو استفاده می شود. برای مثال در کنترل موتورهای الکتریکی معمولاً از سه حلقه استفاده می شود. شکل زیر بلوک دیاگرام کنترلی کلی موتورهای الکتریکی را نشان می دهد:

موتور DC

حساس ترین و مهم ترین حلقه، حلقه داخلی می باشد زیرا اگر سرعت پاسخ دهی این حلقه مناسب نباشد حلقه های بیرونی در عمل کارایی ندارند. در عمل سرعت حلقه داخلی را 5 تا 10 برابر سرعت حلقه خارجی در نظر می گیرند. منظور از سرعت پاسخ دهی همان پهنای باند حلقه می باشد. پهنای باند ωbw ، فرکانس سیگنال سینوسی می باشد که اگر وارد سیستم شود اندازه پاسخ سیستم کمتر از 2√ /1 مقدار ورودی شود:

DC Motor Current Regulator (2)
همان طور که در قسمت های قبل اشاره شد مدل موتور DC بصورت زیر می باشد:

Block of DC machine موتور DC

مقاومت آرمیچر Ra مولفه میرا کننده قسمت الکتریکی و ضریب اصطکاک B مولفه میرا کننده قسمت مکانیکی می باشند که این دو مولفه باعث کاهش راندمان سیستم می شوند اما می توانند پایداری سیستم و سرعت پاسخ دهی را افزایش دهند. در صورت حذف این دو مولفه میرا کننده پسیو (Passive Damping) سیستم نوسانی می شود. برای بهبود عملکرد کنترلی می توان مولفه های میرا کننده فعال (Active Damping) را بصورت یک فیدبک کنترلی مانند شکل زیر به سیستم اضافه کرد:

DC Motor Current Regulator (3)
همان طور که مشخص است با اضافه کردن مقاومت Ractive مقادیر ویژه سیستم تغییر می کنند. هر چقدر مقدار Ractive بزرگتر از Ra شود سیستم کنترلی نسبت به تغییرات Ra مقاوم تر می شود. همین استدلال را می توان برای ضریب اصطکاک نیز بکار برد.
همان طور که از شکل بالا مشخص است اضافه کردن مقاومت میراکننده مانند یک فیدبک حالت می ماند که می تواند دینامیک سیستم کنترلی را افزایش دهد.


تابع تبدیل جریان آرمیچر بر حسب ولتاژ آن بصورت زیر می باشد:

DC Motor Current Regulator (4)موتور DC
اگر مقدار Ractive را خیلی بزرگتر از اندازه sLa  در پهنای باند ωbw حلقه کنترلی در نظر بگیریم، معادله بالا بصورت زیر تبدیل می شود:

DC Motor Current Regulator (5)
اگر رابطه گشتاور با جریان و هم چنین ولتاژ آرمیچر با گشتاور مرجع را بصورت زیر در نظر بگیریم:

DC Motor Current Regulator (6)
خواهیم داشت:

DC Motor Current Regulator (7)

رابطه بالا نشان می دهد که اگر مقدار Ractive را به اندازه کافی بزرگ در نظر بگیریم می توان گشتاور را آنی کنترل کرد. توجه کنید که نمی توان مقدار Ractive را زیاد افزایش داد زیرا باعث تاخیر بیش از اندازه در سیستم شده و ممکن است سیستم ناپایدار شود. در عمل مقدار مولفه میراکننده را در ترم انتگرال گیر کنترل کننده پیاده سازی می کنند.
برای طراحی کنترل کننده جریان فرض کنید که اینرسی موتور و بار به اندازه کافی بزرگ باشد پس می توان مقدار back EMF موتور را ثابت و موتور را بصورت یک مدل R-L ساده بصورت زیر در نظر گرفت:

DC Motor Current Regulator (8)

اگر مقدار ولتاژ EMF موتور را بتوان بوسیله سرعت تخمین زد پس می توان برای حذف اغتشاش از جبران ساز فیدفوروارد استفاده کرد. این قسمت در شکل بالا بوسیله ^e نشان داده شده است.
می توان پارامترهای کنترل کننده PI جریان را طوری تنظیم کرد که تابع انتقال حلقه بسته سیستم بصورت یک فیلتر پایین گذر درجه یک تبدیل شود. برای این کار کافیست که مقادیر پارامترهای کنترل کننده بصورت زیر تنظیم شوند:

DC Motor Current Regulator (9)
که ωc همان پهنای باند ωbw کنترل کننده می باشد. با انتخاب این مقادیر تابع انتقال حلقه بسته شکل بالا بصورت زیر تبدیل می شود:

DC Motor Current Regulator (10)
پس از انتخاب پهنای باند سیستم، مقادیر پارامترهای کنترل کننده از روی پارامترهای ماشین محاسبه می شوند. همانطور که مشخص است چون تابع انتقال بصورت یک فیلتر پایین گذر درجه یک می باشد پس دیگر اورشوت یا خطای حالت دائمی وجود ندارد.
برای آشنایی با این روش تنظیم کردن، یک مثال عملی از کتاب آقای Seung-Ki Sul را شبیه سازی می کنیم. فرض کنید یک موتور DC با مشخصات زیر وجود دارد:

DC Motor Current Regulator (11)
می خواهیم بوسیله بلوک زیر موتور را کنترل کنیم:

DC Motor Current Regulator (12)

مقدار ولتاژ back EMF تخمین زده شده 95 درصد مقدار واقعی آن می باشد که بصورت فیدفوروارد اعمال می شود. همچنین مقدار ثابت گشتاور نیز 95 درصد مقدار واقعی آن می باشد. موتور بوسیله یک چاپر چهار ناحیه ای که ولتاژ لینک DC  آن 300 ولت و فرکانس سوئیچینگ آن 5 کیلوهرتز می باشد تغذیه می شود. همچنین مقدار اشباع بلوک ولتاژ مرجع را 250 ولت در نظر می گیریم. اگر مقدار پهنای باند کنترل کننده جریان را 1 کیلوهرتز در نظر بگیریم می خواهیم پاسخ سیستم کنترلی را به ازای مقادیر گشتاور مرجع بصورت زیر بدست آوریم:

DC Motor Current Regulator (13)

شکل موج گشتاور و جریان موتور پس از اجرای شبیه سازی را می توانید در زیر مشاهده کنید:

DC Motor Current Regulator (14)

DC Motor Current Regulator (15)

در قسمت بعد از این روش برای تنظیم کنترل کننده موتورهای القایی استفاده می کنیم.
برای دانلود شبیه سازی انجام شده با متلب بر روی تصویر زیر کلیک کنید.

Download

یک امتیازدو امتیازسه امتیازعالی بودخیلی عالی بود (4 votes, average: 3٫75 out of 5)
Loading...
Active Damping back EMF bandwidth Cascade Cascade Loop DC Machine DC Motor DC Motor Model Download Simulation by Matlab Download Simulation of DC Motor by Matlab feedback Feedforward Feedforward Compensator First-Order Lowpass Filter Loop Bandwidth Matlab Passive Damping PI Controller PI Regulator PID PID Controller PID Regulator Simulink speed control State Feedback torque Transfer Function Tuning Current Controller of DC Motor Tuning Current Regulator Tuning Current Regulator of DC Motor اورشوت اینرسی موتور بلوک دیاگرام کنترلی کلی موتورهای الکتریکی بلوک دیاگرام کنترلی موتورهای الکتریکی پارامترهای کنترل کننده PI جریان پارامترهای ماشین پاسخ سیستم پهنای باند پهنای باند حلقه تابع انتقال حلقه بسته سیستم تابع تبدیل جریان آرمیچر بر حسب ولتاژ تنظیم تنظیم کنترل کننده تنظیم کنترل کننده جریان تنظیم کنترل کننده جریان موتور DC جبران ساز فیدفوروارد حلقه کنترلی حلقه کنترلی تودرتو خطای حالت دائمی دانلود شبیه سازی با Matlab دانلود شبیه سازی با متلب رابطه گشتاور با جریان رابطه ولتاژ آرمیچر با گشتاور سرعت پاسخ دهی حلقه شبیه سازی شبیه سازی با Matlab شبیه سازی با متلب شکل موج گشتاور و جریان موتور ضریب اصطکاک فیدبک فیدبک حالت فیلتر پایین گذر درجه یک کنترل سرعت کنترل کننده کنترل کننده PI کنترل کننده PID کنترل موتورهای الکتریکی گشتاور مرجع ماشین ماشین DC ماشین های الکتریکی متلب مدل موتور DC موتور DC مولفه میرا کننده پسیو مولفه میرا کننده فعال ناپایداری سیستم نرم افزار Matlab

1 Comment

احسان

درباره2 سال ago

باسلام بی نهایت ممنونم از مطالب سایتتون خیلی واسه من خوب و مفید بود. خدا خیرت بده اگه شبیه سازی مقاله هم انجام میدین بفرمایید تا زحمت انجامش رو به شما بدم و هزینه شما هم محفوظه...همچنین اگر تمرینات شبیه سازی با متلب رو انجام میدین هم بفرمایید تا...سپاس

پاسخ دادن

Leave a Comment

Please be polite. We appreciate that.
Your email address will not be published and required fields are marked