Vektör esaslı asenkron motor kontrolü dsPIC30f6010

Hazırlayan: Ceyhun YILDIZ – Proje konusunda tam bir bilgi deposu Genetik Algoritma, Bulanık mantık, Model Feferanslı Adaptif Kontrol sistemi, Uzay vektör Darbe Genislik Modülasyonu ve fazlası. Ayrıca dsPIC30f6010 hakkında ve SVWM,PWM kullanımı hakkında bilgiler ve yazılım bulunuyor ülkemizde bu tip projelerde Türkçe kaynak bulmak zor az çok ileri seviye uygulamalarda bir çok kişiye faydası olcaktır. Emeği geçen hazırlayan kişilere teşekkürler.

Üç fazlı indüksiyon motorları süphesiz endüstriyel uygulamalarda kullanılan çok popüler elektrik makineleridir. Çünkü bu makineler basit ve güvenilir bir yapıya sahiptirler. Üç fazlı indüksiyon motorları oldukça fazla kullanıldıklarından bu tip motorlarda hız ve moment kontrolü için bir çok kontrol metodu ileri sürülmüstür. Son yıllarda, geleneksel kontrol sistemleri yerini adaptif ve akıllı kontrol sistemlerine bırakmaya başlamıştır.

Bu tezde, indüksiyon motor kontrolü için Genetik Algoritma (GA) ve Bulanık mantık (BM) tabanlı Model Feferanslı Adaptif Kontrol (MRAK) sistemi, Uzay vektör Darbe Genişlik Modülasyonu (UVDGM) kullanılan bir vektör esaslı sürme yöntemiyle beraber kullanılmıştır. Birinci adımda, indüksiyon motorunun iyi bir matematiksel modeli elde edilmiştir. İkinci adımda ise daha önce belirlenen kontrol stratejisi bilgisayar ortamında hazırlanan simülasyonlarla model üzerinde denenmiştir.

Kontrol metodu, simülasyonlar üzerinde basarıya ulastıktan sonra sayısal sinyal işleyici ve çevre birimleri kullanılarak indüksiyon motoruna uygulanmıştır. Bu çalısmada, sayısal sinyal işleyici olarak, Microchip Co. firmasının ürettigi DSPIC 30F6010 kullanılmıştır. Yapılan çalısmada, sonuç olarak, indüksiyon motoru yumuşak bir yaklasımla referans değerleri yakalamış, sistem cevabının hızlı ve hatanın referans değerlerin yüzde 2’sinin altında kaldıgı gözlemlenmiştir.

Doğru akım (DC) makineleri hız kontrolünün kolay olması nedeni ile sanayide uzun süre yaygın olarak kullanılmıştır. DC makineleri bu avantajlarının yanında bakım ve üretim maliyetlerinin yüksek olması, çalışma şartlarında kolay asınmaları gibi dezavantajları da vardır. Alternatif akım (AC) makineler daha ucuz ve dayanıklı olmalarına karsın hız kontrollerinin zor olması nedeniyle bir dönem tercih edilmemiştir.

AC makinelerin hız kontrolü için öncelikle skalar sürme yöntemleri geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Bu yöntemler DC makinelerinin hız kontrol performansını elde edememiştir. DC makinelerin popülerligi AC makineler için vektör kontrollü sürme yönteminin bulunup uygulanmasıyla sona ermistir. Vektör kontrollü sürme yönteminde AC makine DC makineye benzer şekilde akı ve momenti temsil eden iki büyüklük ile sürülebilmektedir.

AC makineler içerisinde en çok tercih edileni ucuz ve az bakım gerektirdikleri için sincap kafesli olanlardır.
Sürücü devrelerinde kullanılan darbe genislik modülasyonu (PWM) teknikleri de sürücü performansını dogrudan etkilemektedir. Darbe genislik modülasyonu tekniklerinden endüstride yaygın olarak kullanılanı sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu tekniğidir. Bu teknik, referans bir sinüzoidal dalga ile tasıyıcı dalganın karşılaştırılması esasına dayanır.

Sinüzoidal darbe genislik modülasyonu tekniginin dezavantajı çıkış geriliminin belirli değerler arasında sınırlı kalmasıdır. Son yıllarda kullanılan uzay vektör darbe genislik modülasyonu (SVPWM) teknigi bu durumu ortadan kaldırmıştır.(Anonim, 2000; Simsir, 1994)

SVPWM tekniginde temel olarak üç kollu bir inverter devresindeki altı anahtarın her kolu için mümkün iki durum (1 yada 0) olmak üzere üç kol için (23) toplam sekiz adet durumda, oluşan üç fazlı gerilimlerin iki eksenli bir koordinat sistemindeki izdüsümleri kullanılır. SVPWM tekniğinde referans alınan vektör her bir anahtarlama periyodunda referans vektöre komşu sekiz vektörden ikisi ve sıfır değerlikli iki vektör kullanılarak elde edilir.

Bu çalışmada sürme yöntemi gerçeklestirildikten sonra hız kontrolü için ayrıca bir kontrol sistemi oluşturulmustur. Kontrol çalısmalarına geçilmeden önce dogal evrim sürecine dayanan stokastik bir arama yöntemi olan genetik algoritmalar (GA) üzerinde arastırmalar yapılmıs ve Matlab ortamında uygulamalar yapılmıstır. Daha sonra kontrol mekanizması olarak bulanık mantık esaslı model referanslı adaptif bir sistem
gelistirilmistir.

Klasik bulanık mantık denetleyici tasarımı deneme yanılmalara ve uzman bilgisinin denetim mekanizmalarına aktarılması esasına dayanır. Bu yöntem oldukça zaman alıcıdır ve tasarımın en iyi neticelere ulasması bazen mümkün degildir. Basit yapıdaki bulanık mantık kontrolörler için deneme yanılma yöntemi uygulanabilir. Fakat
kompleks bulanık mantık denetleyicilerde kontrolör parametrelerinin fazla olması nedeniyle deneme yanılma yöntemi yetersiz kalmaktadır. Bu durumda bulanık mantık kontrolör tasarımı için farklı yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. GA son yıllarda bulanık mantık kontrolör tasarımı probleminin çözümünde kullanılmaya baslanmıstır.

AC makine kontrolü için son yıllarda sayısal sinyal işleyiciler (DSP) yaygın olarak kullanılmaktadır. DSP lerin hızlı çalısma performansları ve bazı matematiksel islemleri daha hızlı gerçeklestirilebilmeleri için özel birimlerinin bulunması AC makine kontrolünde tercih edilmelerine sebep olmustur. DSP üreten firmalar farklı kullanım alanlarına uygun DSP tasarımları yapmakta böylece maliyet düsürülmekte ve gereksiz donanımlar
minimuma indirilmektedir.

Motor hız kontrol uygulamaları için üretilen DSP lerde genel olarak PWM modülü, optik kodlayıcı okuma birimi ve analog sayısal dönüştürücü gibi donanımlar bulunmakta ve böylece kullanılan devre sadelestirilmektedir. Analog Device, Texas Instrument, National Instrument en çok bilinen DSP üreten firmalardır. Son yıllarda Microchip firması da DSP üretmektedir.

Microchip firmasının diğer üretici firmalarından farkı endüstriyel seri üretimler yanı sıra kisisel kullanımlara da olanak saglayan düsük maliyetli çözümler sunmasıdır. AC makine hız kontrolü uygulamasında Microchip firmasının bu islem için uygun dsPIC 30f6010 islemcisi kullanılmıstır. dsPIC 30f6010 islemcisi AC makine hız kontrol problemi için oldukça düsük maliyetli bir çözümdür.

Yazılımın Tanıtılması: Yazılım Microchip firmasının Mplab yazılım gelistirme ortamında oluşturulmustur.
dsPIC’ler için dizayn edilmiş, C programlama diline benzer bir yapıya sahip C30 kütüphanesi ve dsPIC’lere ait makine dili komutlarını içeren ASM30 komut kütüphanesi yazılım gelistirilirken kullanılmıstır. Yazılımın ana fonksiyonları C30 ile oluşturulmustur. Vektör kontrol ve SVPWM islemlerini gerçeklestiren fonksiyonlar daha etkin bir algoritma performansı elde etmek amacıyla ASM30 kullanılarak yazılmıstır.

yukarı da özetler verildi;