An Investigation of parameter estimation of electrical motors

Abstract

VII ÖZET Bu tez çalışmasında, iki değişik parametre kestirme etme yöntemi, yani Zaman Alanı Parametre Kestirme ve Frekans Alanı Parametre Kestirme, değişik tipteki elektrik motorlanna uygulanmıştır. Bunu gerçekleştirmek için değişik tipteki elektrik motorlarının dinamiklerini simüle eden bir bilgisayar yazılımı geliştirilmiş ve kestirme yöntemlerinin geçerliliğini test etmek için deneyler yapılmıştır. Tez çalışmasının birinci bölümünde parametre kestirme yöntemlerinin değişik yönleri incelenmiş ve Zaman Alanı ve Frekans Alanı parametre kestirme yöntemleri arasındaki temel farklılıklar açıklanmıştır. Ayrıca Zaman Alanı küçük kareler ile kestirme yöntemi ve Frekans Alanı küçük kareler ile kestirme yönteminin denklemleri verilmiştir. Bundan başka Shroeder Fazlı Harmonik Dizi ve Pseudo-random İkili Dizi adlı iki değişik tahrik türü incelenmiştir. Bundan sonra Doğru ve Alternatif akımla çalışan motorların genel kuramı açıklanmış ve armatür ve alan kontrollü doğru akım motorlar ile iki fazlı indüksiyon motorunun dinamik modelleri çıkarılmıştır. Tezin ikinci kısmında yukarıda bahsedilen kestirme yöntemleri elektrik motorlarına uygulanmış ve motorların davranışlarını simüle edip, parametrelerini kestirmek üzere geliştirilen yazılım açıklanmıştır. Bilgisayar simülasyonun sonuçları ve bunların yorumları tezin en son kısmında verilmiştir. Frekans Alanı kestirme yönteminin, sistem cevabındaki gürültüyü filtre edebilmesi sayesinde, Zaman Alanı parametre kestirme yöntemine göre çok daha doğru sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Daha sonra deney düzeni açıklanmış ve deneysel sonuçlar verilmiştir. Deneyler dinamik modelleme parametreleri bilinmeyen bir Evrensel Doğru Akım motoru üzerinde yapılmıştır. Açık çevrim basamak cevabını kullanarak bulunan sistemin zaman sabiti Zaman Alanı ve Frekans Alanı kestirme yöntemleri ile bulunan zaman sabitleriyle karşılaştırılmış ve gene Frekans Alanı kestirme yönteminin Zaman Alanına göre daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Buna karşın Frekans Alanında Fourier Dönüşümlerini elde etmek için geçen hesaplama zamanının bu yöntemin gerçek zaman uygulamalarını kısıtlayacağı sonucuna varılmıştır.

V ABSTRACT in this thesis, two different off-line parameter estimation technipues, namely Time Domain Least Squares Parameter Estimation and Frequency Domain Parameter Estimation, have been applied to different types of electrical motors, which are an important part of today's velocity and motion control systems as well as modem industrial equipment. To achieve this aim a computer program simulating the dynamics of different types of electrical motors has been created, and experiments have been performed to test the validity of the estimation procedures. in the first part of the thesis, different aspects of parameter estimation have been investigated, and the basic differences between time domain and frequency domain estimation techniques have been explained. Also the formulation of the TD least squares estimation technique and FD least squares estimation techniques are given. Furthermore, two different kinds of inputs, Schroeder Phased Harmonic Sequence and Pseudo Random Binary Sequence have been investigated. Then, the general theory of altemating current and direct current driven motors have been explained, and dynamic modeling of armatüre controlled and field controlled DC motors, and two phase induction motor have been derived. in the second part of the thesis two different parameter estimation technique have been applied to DC and AÇ driven electrical motors. Then the computer program created to simulate the electrical motors and to estimate their coefficients has been explained. The results of computer simulation are given and discussed in the final part of the thesis. it has been found that frequency domain parameter estimation technique gave much better results than the time domain parameter estimation, due to the FDE's capability of eliminating the noise from the system response. Then the experimental setup have been explained and experimental results have been given. The experiments have been conducted on a Universal Direct Current Motor whose charactheristics are unknown. The time constant of the motor calculated using öpen loop step response of the motor has beenVİ compared with the time constant calculated using FD and TD estimates. The open loop time constant was found to be 0.92 sec, whereas FDE gave time constant as 0.92 sec, and the TDE gave it as 0.86 sec. It has been found that, again, the FDE gives better estimates than the TDE. However the long computation time needed to get the Fourier Transforms of the data limits the FDE application to on-line process.