The zero control of linear induction motor driven magnetic levitated suspension

Abstract

Günümüz teknolojileri, her branşta olduğu gibi ulaşım alanında da en düşük maliyetle en hızlı, kararlı ve verimli sistemler üzerinde çalışmaktadır. Bu çalışmada 6 serbestlik dereceli esnek bir taşıma sistemi tasarlanmıştır. Yapılan çalışmalara göre manyetik yastıklama teknolojisi ile yüksek hızlara çıkılabilmektedir. Mekanik temasın bulunmadığı bu sistemler sürtünmenin, titreşimin, gürültünün, ısının az olması, kararlı ve hassas olmaları sebebi ile avantajlıdırlar.Önerilen manyetik yastık, hem bobin hem de motor sargılarını ihtiva etmektedir. Literatür araştırmasında karşılaşılan sistemler ile tasarlanan sistemler, sonlu elemanlar analizi uygulamaları ile irdelenerek farklı tasarımlar üzerinde çalışılmış ve en verimli, kararlı ve daha ucuza üretilebilecek olan son tasarıma ulaşılmıştır.Manyetik levitasyon sisteminde oluşan kuvvetler ve sistem modellemesi göz önüne alındığında, doğrusal olmayan bir karakteristik ile karşılaşılmaktadır. Ayrıca sistem transfer fonksiyonlarının karakteristiği sebebi ile standart PID kontrolcüsü sistem kararlılığını sağlayamamaktadır. Bu sebeple geliştirilmiş olan I-PD versiyonu, SSI ve sıfır güç kontrol algoritmaları ile birlikte başarı ile uygulanmıştır.Sıfır güç kontrol algoritması, mesafe sensörlerini kullanmasına rağmen akımı değişken olarak kullanarak teoride sıfır akım girişi ile sistemi dengede tutmaktadır. Uygulamalarımızda gürültü ve diğer etkileri bastıran bu kontrölcü neredeyse sıfır akım ise sistemi dengede tutmaktadır.Sıfır güç control algoritması ile havada yastıklanan sistem doğrusal motor ile sürülebilmektedir. Önerilen sistem reaksiyon plakası üzerinde hem yastıklamayı hem de eksenel hareketleri gerçekleştirebilmektedir. Reaksiyon plakası, endüksiyon motor prensibi ile çalışmakta olup demir ve bakır plakalardan oluşmuştur. Manyetik yastığın üzerindeki motor sargılarının uyartılması ile reaksiyon plakası üzerinde, kapalı çevrim kontrol algoritmaları ile hassas konum kontrol yapılabilmektedir.Bu çalışmada teorik alt yapı anlatılmakta, modelleme ile benzetim sonuçları, deneysel sonuçlar ile sunulmaktadır.

In view of today's technological trends, transportation of a small object to multiple people requires efficiency, reliability and minimum cost by terms.In this study, a magnetic levitation type 6 DOF (degree of freedom) conveyage system is proposed . According to previous studies, magnetic levitation systems can be use to achieve high speeds (603 km/h Tokyo). Having the qualities of no mechanical friction, relatively low noise, heat, vibration, high precision and robust drivability, electromagnetic levitation technologies have many advantages thanks to the fact that they can operate free of contact.The proposed magnetic levitation system has three optimazed hybrid poles with motor coils. Several types are simulated under numerical analysis softwares before the final model and each step improved the system by efficiency, robustness and lower cost.Hence the magnetic levitation force has nonlinear characteristics, it is required to design an active control algorithm. By the same reason, regular PID controller cannot perform. A different type of PID, which is called I-PD is applied as well as SSI and Zero power control. The zero power control is one of the main advantages of hybrid electromagnetic levitation system. This algorithm uses the position sensors, however the controller's error parameter is current. Since all system can be levitated by only permament magnets force, the algorithm only uses minimal current for stability. Drastically it can be said the system uses zero power to levitate. Zero power controlled system can be driven by linear motor. The proposed system has reaction plate for both levitation and movement. Reaction plate has iron plate and copper plate, which performs like induction motor core. Motor coils on levitation system moves on reaction plate on both axes, making a planar movement and can be controlled in close loop for precision position control.In this study, teorical principles described. Modelling and simulation results are given with experimental results.