Predictive control of an ac machine

Abstract

VI AA MOTORUNUN ÖNGÖRÜLÜ YÖNTEM İLE KONTROLÜ Alternatif akım motorlarının durağan halde ve geçiş durumlarında hız kontrolü, bir çok araştırmacının ilgisini çekmiştir. Yük momenti sabit olduğunda ve geçici durumlar dikkate alınmadığında volt/hertz kontrol metodu yeterli bir başarım vermektedir. Bu metod yörünge izlenmesi gerektiren durumlarda başarılı olamamaktadır. Vektör kontrol metodu, geçici durumlarda da kontrolü sağlamak ve hızla birlikte konum kontrolüne imkan tanımak üzere geliştirilmiştir. Simülasyon sonuçları göstermektedir ki AA motorları, DA motorları gibi, bu metodla kontrol edilebilirler. Bu yöntemle denetlenen AA motorlar artık endüstride görülmektedir. Bu tezde AA motorların hız denetimi için yeni bir yöntem sunulmaktadır. Tezin ikinci, üçüncü ve dördüncü kısımlarında AA motorları, bu motorlar için kontrol teknikleri ve öngörülü kontrol yöntemi bilgileri özetlenmiştir. (1~H) Bu üç kısım, geliştirilmiş yeni yönteme temel teşkil etmiştir. Beşincivii kısımda yeni yöntem anlatılmış ve simülasyon sonuçları sunulmuştur. Sunulan çalışmada, kısa devre rotorlu AA motoru, girdi üç faz dengeli akım, çıktı açısal hız olacak şekilde kontrol edilmiştir. İleri sürülen algoritmanın başarılı olup olmadığını görmek için, önce AA motorunun simülasyonu yapılmıştır. Bu simülasyon programında, girdi akımları verildiğinde, çıktı hızı hesaplanabilmektedir. Sunulan simülasyon çalışmalarında girdi olarak akımın iki bileşeni alınmıştır. Akımın iki bileşeninden, üç faz, dengeli akımların hesaplanması tezde anlatılmıştır. Öngörülü kontrol metodu, tek girdi, tek çıktı sistemler için kullanıldığından, akımın iki girdi bileşenini bulabilmek için, iki ayrı denklem, iki ayrı Öngörülü kontrol döngüsü içinde kullanılmıştır. Bu iki denklemden biri rotor voltaj denkleminden bazı kabullenmeler yapılarak elde edilirken, diğeri vektör kontrol metodunun sonuç denklemlerinden aynen alınmıştır. Önerilen denetim yönteminin başarımını inceleyebilmek için bir simülasyon programı yazılmıştır. Bu yazılımda istenilen çıktı hız değerleri programa girildiğinde, girdi sinyalleri Öngörülü kontrol metodu ile bulunmakta ve simüle edilmiş sisteme uygulanmaktadır. Böylelikle elde edilen gerçek çıktı hızı ile istenilen hız grafiklerde birlikte gösterilmiştir. Üç kW ve 15 kW motorların parametreleri ile yapılan simülasyonlardan alınan sonuçlar başarılı olmuştur.

IV PREDICTIVE CONTROL OP AN AC MACHINE The variable speed control of ac machine, for both steady state and transient conditions, is a subject of concern for many researchers. Volt/Hertz control fullfils the requirements when the load is constant and only the steady state conditions are concerned. But if high dynamic response is needed, volt/hertz control does not meet the requirements. Another method, called Vector Control Method, is developed to gain high dynamic response characteristics and position servo control. By the use of this method an ac machine can be controlled like a dc machine. In this thesis, a new approach is developed for trajectory following control of an ac machine. In section two, three and four of the thesis, induction machine control techniques and predictive control has been summarized. Those three sections set a basis for the new approach. In section five, the approach is detailed and simulation results are presented.In the study presented below, the plant to be controlled is an induction machine, the input to the plant is three phase balanced currents and the output is angular speed. The study starts with the development of a program.to simulate the performance of an ac machine, i.e. to determine the angular speed output while it is fed by three phase balanced current signal. Rotor voltage equation of induction machine is used as the starting point for this simulation program. Stator voltage equation is not used because current is the input, not voltage. The ac machine is accepted as a plant with two inputs which are components of current. Transformation from three phase balanced currents to two current inputs is described. Since long range prediction is formulated generally for single input single output systems, long range prediction can not be directly applied to this two inputs plant. Instead two long range predictive control loops are prepared where output is always angular speed. In one of the predictive control loop, the rotor voltage equation is utilized with some approximations. The other control loop is based on the equations derived from vector control method. The simulation program developed enables both the induction machine and the control algorithm. Given the desired speed values, input signals are determined by long range predictive control approach. Those input signals are applied to the simulated plant and real speed output values are gained. Some of the desired and real speed output values are presented in the final chapter of the thesis. Simulation studies uses the parameters of two different size motors, a three kW and 15 kW one. The results obtained show that the predictive control algorithm is a good candidate for controlling the speed of ac machines.