تخمین حالت ها و پارامترهای موتور القایی با استفاده از نظریه ترکیب اطلاعات سنسوری – برق

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی برق
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:116
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

تخمین حالت ها و پارامترهای موتور القایی با استفاده از نظریه ترکیب اطلاعات سنسوری – برق

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

فهرست مطالب

چکيده 1

مقدمه 2
فصل1

كليات 4
1-1. تاريخچه…………………………………………………………………………………………………………………………5
1-2. هدف از تحقيق ……………………………………………………………………………………………………………….7
1-3. ساختار پايان نامه …………………………………………………………………………………………………………….7
فصل2 مباني تئوري نظريه تركيب اطلاعات سنسوري 9
2-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….10
2-2. نظريه تركيب اطلاعات سنسوري……………………………………………………………………………………10
2-3. فيلتر كالمن ………………………………………………………………………………………………………………….14
2-3-1. تاريخچه ……………………………………………………………………………………………………………..14
2-3-2. فيلتر كالمن گسسته خطي …………………………………………………………………………………….15
2-3-3. اصول محاسبات فيلتر كالمن…………………………………………………………………………………17
2-3-4. الگوريتم فيلتر كالمن گسسته خطي ……………………………………………………………………….19
2-3-5. فيلتر كالمن توسعه يافته ……………………………………………………………………………………….21
2-4. تركيب اطلاعات سنسوري با استفاده از فيلتر كالمن …………………………………………………………27
2-4-1. تركيب افزايشي خروجي (OAF) ……………ا…………………………………………………………….28
2-4-2. تركيب وزن يافته بهينه (OWMF)……………….ا……………………………………………………..28
فصل3 مدل فضاي حالت موتور القايي و توسعه روابط جهت طراحي تخمينگر 30
3-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….31
3-2. تبديل پارك………………………………………………………………………………………………………………….32
3-3. مدل موتور القايي………………………………………………………………………………………………………….33
3-4. گسسته سازي معادلات حالت ………………………………………………………………………………………..37

3-4-1. محاسبه ماتريس ژاكوبين………………………………………………………………………………………38
3-4-2. توسعه ماتريس خروجي براي آرايه سه سنسوري جريان …………………………………………..38
فصل4 شبيه سازي مشاهده گر در نرم افزار MATLAB 40
4-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….41
4-2. توسعه بردار حالت به متغير سرعت به عنوان يك پارامتر با تغييرات اندك…………………………..44
4-2-1. فاز اول………………………………………………………………………………………………………………..45
4-2-2. فاز دوم ……………………………………………………………………………………………………………….47
4-2-3. فاز سوم ………………………………………………………………………………………………………………49
4-2-4. فاز چهارم…………………………………………………………………………………………………………….50
4-3. توسعه بردار حالت به متغير سرعت با در نظر گرفتن معادله حركت و گشتاور بار ………………….51
4-3-1. فاز اول………………………………………………………………………………………………………………..52
4-3-2. فاز دوم ……………………………………………………………………………………………………………….54
4-4. توسعه بردار حالت به به پارامترهاي اصلي موتور القايي شامل مقاومت هاي استاتور و روتور …56
4-5. توسعه بردار خروجي و ماتريس هاي مربوطه به جهت بهره گيري از روش تركيب افزايشي خروجي ……………………………………..60
فصل5 نتيجه گيري و پيشنهادات 65
5-1. مقايسه و نتيجه گيري …………………………………………………………………………………………………..66
5-2. پيشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………70
5-3. پيوست…………………………………………………………………………………………………………………………71
5-3-1. نرم افزار طراحي و شبيه سازي رويتگر حالت مبتني بر EKF جهت بكارگيري در الگوريتم
تركيب اطلاعات سنسوري با روش OAF…………………………………………………………………………..71

منابع و ماخذ ۷۶

چکيده انگليسي

چکيده
در سالهاي اخير تحقيقات وسيعي بر روي موضوع کنتـرل بـدون حـسگر موتورهـاي القـاييصورت پذيرفته است. طراحي يک مشاهده گر حالـت دقيـق، جهـت کنتـرل ماشـين القـايي بـااستفاده از روش فوق، اجتناب ناپذير مي نمايد. در اين تحقيق يک مشاهده گر حالت مبتني بـرفيلتر کالمن توسعه يافته و با بهره گيري از روش هاي ترکيب اطلاعات سنسوري جهت تخمينحالات و پارامترهاي موتور القايي ارائه و مورد شبيه سازي واقع شـده اسـت. از مشخـصات ايـ ن مشاهده گر ، عدم حساسيت تخمين بـه تغييـر پارامترهـاي موتـور در حـين کـارکرد ماشـين ونداشتن وابستگي به عدم قطعيت موجود در سنـسورهاي جر يـ ان مـي باشـد. در ضـمن خرابـي سنسورهاي جريان (تا ۲۰% مجموع سنسورها )، تاث ير قابل توجهي در تخم ين حالات نگذاشـته ومنجر به واگرايي تخم ينگر نم ي شود . اما مهمترين مشخصه اين مـشاهده گـر، توانـايي تخمـينسرعت در يک بازه وسيع تغييرات بوده کـه ايـن امـر يـک مزيـت چـشمگير نـسبت بـه سـاير مشاهده گرهاي حالت محسوب مي شود. مشاهده گر اشاره شده مشتمل بر يـک فيلتـر کـالمنغيرخطي توسعه يافته با معادله حرکت مي باشد. پارامترهاي اصلي موتور ماننـد مقاومـت هـاياستاتور و روتور و همچنين گشتاور بار نيز به دليل عدم ثبات در طي عملکرد ماشـين بـه بـردار حالت اضافه شده و تخمين زده مـي شـوند. در ضـمن اسـتفاده از الگـوريتم ترکيـب اطلاعـاتسنسوري، امکان بهره گير ي از اطلاعات آرايه اي از سنسورهاي جريان بر روي هرفـاز را فـراهمآورده است . نتايج شبيه سازي ها مويد اين مطلب است کـه مـشاهده گـر طراحـي شـده بـدونداشتن حساسيت به تغييرات پارامترهاي اصلي، گشتاور بار و عـدم قطعيـت سنـسورها، توانـاييتخمين سرعت را در يک بازه وسيع و با دقت بالا يافته است.
كلمات كليدي:
موتور القايي، مشاهده گر حالت، فيلتر کالمن توسعه يافته١، ترکيب اطلاعات

مقدمه
موتورهاي القايي به دليل ارزاني، مقاومت بالا و سادگي ساخت از جمله پرکاربردترين محرکهاي الکتريکي در صنعت محسوب مي شوند اما علي رغم سادگي در ساخت، اين موتورهـا يـکسيستم چند ورودي–چند خروجي و غيرخطي مي باشند که همـين امـر، کنتـرل ايـن نـوع ازموتورهاي الکتريکي را قدري پيچيده و پرهزينه مي نمايد. شار، جريان و ولتاژ سه متغير اصـليدر موتور القايي محسوب مي شوند و هر کدام داراي سه مولفه غير مـستقل از هـم مـي باشـند.
تبديلات پارک ١ توانست اين بردارهاي با زاويه ۱۲۰ درجه را به دو بردار عمـود بـر هـم در يـکمختصات مرجع با سرعت چرخش دلخواه تصوير کنـد. بـدين ترتيـب و بـا بهـره گيـري از ايـنتبديلات در مدلسازي موتور القايي با دو دسته متغيرهاي مربوط به محورهـاي متعامـدd وq سروکار خواهيم داشت. ورودي هاي يک موتور القايي شامل ولتاژهاي سه فـاز و خروجـي هـايقابل کنترل، شار و گشتاور مي باشند که هر دو اين خروجي ها، غير قابل انـدازه گيـري بـوده وتنها خروجي قابل اندازه گيري جريان است کـه در واقـع ارزش کنترلـي نـدارد. از طـرف ديگـرسرعت روتور نيز يک خروجي قابل اندازه گيري محسوب مي شود که اخيرا و در سيـستم هـايکنترلي بدون سنسور، حسگر سرعت بنا به دلايلي از قبيل هزينه حسگر، تعميـرات و نگهـداريبالا و افزودن به پيچيدگي سيستم، مورد استفاده قرار نمي گيرد. بدين ترتيب براي دستيابي بـهشار و سرعت که متغيرهاي غيرقابل اندازه گيري محسوب مي شوند، طراحي يک مـشاهده گـرحالت الزامي مي نمايد. روش هاي بسيار زيادي جهت طراحـي مـشاهده گـر بـراي يـک موتـورالقايي وجود دارد که بحث پيرامون آنها خارج از اين مقوله مي باشد. اما ذکر اين مورد ضـرورياست که چالش عمده مشاهده گرهـاي حالـت و تخمينگرهـاي سـرعت، عـدم توانـايي تخمـينسرعت در يک بازه وسيع و وابستگي بيش از اندازه به پارامترهـاي مـدل و حـساسيت بـه عـدم

قطعيت در سنسورهاي مسير پسخور١ مي باشد. در اينجا به طور اجمالي اشـاره مـي کنـيم کـهبلوک رويتگر صرفا از اطلاعات ورودي–خروجي سيستم استفاده کرده و عموما با بهره گيـري ازروش هاي بازگشتي رياضي، تخميني براي متغيرهاي حالت ارائه مـي دهـد. در تخمينگرهـاييچون فيلتر کالمن، امکان بسط بردار حالت به پارامترها نيز وجود داشته که همين امر حساسيترويتگر به تغييرات پارامترها را به شدت کاهش مي دهد. در ضمن از فيلتر کالمن مـي تـوان درسيستم هاي مبتني بر چند سنسور به اشکال مختلف متمرکز٢ و غير متمرکز٣ استفاده کرد کـهاين امر نيز به نوبه خود نقش مهمي در کاهش حساسيت تخمينگر بـه عـدم قطعيـت، احتمـالخرابي و خواص غير خطي سنسورها خواهد داشت.

مقايسه و نتيجه گيري
همانطور که ملاحظه شد، در اين تحقيق متغيرهاي حالت يک موتور القايي بـه جهـت بهـرهگيري در کنترل با پسخور حالت مورد تخمين قرار گرفت. با توجه بـه توضـيحات مبـسوط دادهشده در فصل اول مبني بر اجتناب ناپذير بودن کنترل بدون سنسور موتورهاي القـايي، طراحـييک رويتگر حالت دقيق با قابليت کار در يک بازه وسيع سرعت و عدم حساسيت به پارامترهـايموتور و عدم قطعيت موجود در سنسورهاي جريان، الزامي مي نمايـد. در ايـن تحقيـق رويتگـرطراحي شده بر مبناي فيلتر کالمن توسعه يافته، در چند مرحله به بوته آزمايش گذاشته شد.
در مرحله اول معادلات سيستم بر مبناي چهار متغير حالت اصلي موتور به علاوه سرعت بـهعنوان يک پارامتر با تغييرات جزئي در نظر گرفته شد. نتايج حاصله از شبيه سازي ايـن بخـشمويد نکات زير مي باشد.
9 در کاربردهاي با سرعت مرجع ثابت‐گشتاور بار ثابـت نتـايج رضـايت بخـش اسـت
(بخش ۴‐۱‐۱).
9 در کاربردهاي با سرعت مرجع ثابت‐گشتاور بار متغير (تغييرات جزئي)، خطاي دائم ولي اندک در سرعت تخمين زده شده خواهيم داشت (بخش ۴‐۱‐۲).
9 در کاربردهاي با سرعت مرجع متغير (تغييرات جزئي )‐ گشتاور بار متغير (تغييـراتجزئي)، با خطاي دائم و بيش از مرحله قبل روبرو مي شويم (بخش ۴‐۱‐۳).
9 در کاربردهاي با تغييرات وسيع سرعت نتايج اصـلا رضـايت بخـش نيـست و عمـلارويتگر واگرا مي شود (بخش ۴‐۱‐۴).
9 به طور کلي نتايج اين بخش از شبيه سازي ها، گواه اين مطلب است که بـا در نظـرگرفتن سرعت به عنوان يک پارامتر با تغييرات اندک، رويتگر حالت مبتني بر فيلتـرکالمن توسعه يافته، توانايي رديابي تغييرات سرعت در يـک بـازه وسـيع را نخواهـدداشت ضمن اينکه در رديابي تغييرات اندک نيز بسيار کند عمل مي کند.
در مرحله دوم به جهت بهبود نتايج، معادلات حالت سيستم بـا اسـتفاده از معادلـه حرکـت،توسعه داده شده و گشتاور بار نيز به عنوان يک پارامتر با تغييرات اندک تخمين زده شده است.
واضح است که فرض گشتاور بار تحت عنوان يک پارامتر با تغييرات اندک با توجـه بـه طبيعـتگشتاور بار مي تواند فرض کاملا صحيحي باشد. نتايج حاصله از شبيه سـازي هـاي ايـن بخـشنکات ذيل را در بر دارد.
9 فيلتر کالمن طراحي شده در اين بخش سرعت را با دقت بسيار خـوب و در گـسترهتغييرات زياد رديابي مي نمايد (بخش ۴‐۲‐۱).
9 در صورت تغيير پارامترهاي اصلي موتور، تخمين سرعت دستخوش خطاي دائـم يـاانحراف ثابت از مقدار اصلي خواهد شد (بخش ۴‐۲‐۲).
9 شبيه سازي هاي صورت يافته در اين بخش مويـد ايـن مطلـب اسـت کـه رويتگـرطراحي شده، با فرض ثابت بودن پارامترها عملکرد بسيار خوبي دارد اما واضح استکه فرض ثابت بـودن پارامترهـاي اصـلي موتـور شـامل مقاومـت روتـور و اسـتاتور نمي تواند صحيح باشد.

در مرحله سوم، بردار حالت به مقاومت هـاي روتـور و اسـتاتور توسـعه يافتـه و همزمـان بـاتخمين متغيرهاي حالت موتور، اين پارامترها نيز به روزرساني مي شوند. نتايج حاصـل از شـبيهسازي هاي اين بخش را مي توان به صورت زير ارائه نمود.
9 فيلتر کالمن توسعه يافته با معادله حرکت، گشتاور بار و پارامترهاي اصلي موتور بـهخوبي م ي تواند سرعت را در بازه وسيع و بدون حساسيت به تغييرات مقاومت هـايروتور واستاتور و گشتاور بار رديابي نمايد( بخش ۴‐۳).
9 فرض تغييرات جزئي مقاومت هاي روتور و استاتور و گـشتاور بـار فـرض صـحيحيبوده و در عمل و با واقعيت تطابق مي باشد.
9 وابستگي سيستم و در راس آن مشاهده گر حالت، به يک سنـسور جريـان مطلـوبنيست.
شبيه سازي هاي مرحله چهارم، به جهت بررسي کارايي الگوريتم ترکيب افزايـشي خروجـيکه از جمله رهيافت هاي ترکيب اطلاعـات سنـسوري مبتنـي بـر فيلتـر کـالمن توسـعه يافتـه مي باشد، صورت پذيرفته است. نتايج شبيه سازي هاي اين بخش مويد نکات ذيل مي باشد.
9 رويتگر حالت دقت بيشتري در زمينه حذف نويز و عدم قطعيت ناشي از سنسورهايجريان دارد.
9 دقت نهايي تخمين از سه مرحله قبل بالاتر است.
9 در صورت خرابي يک يا چند سنسور جريان، تخمين متغيرهاي حالت واگرا نشده وتنها متحمل خطاي حالت دائم مي شود، ايـن در حـالي اسـت کـه در رويتگرهـايطراحي شده در مراحل قبلي خرابي يک سنسور واگرايي تخمينگر را در پي دارد.
9 با توجه به هزينه اندک سنسورهاي جريان، استفاده از چنـد سنـسور روي هـر فـازجريان، هزينه قابل توجهي به مجموعه درايو تحميل نخواهد کرد.

بدين ترتيب به طور کلي مي توان چنين نتيجه گيري نمود که رويتگري مي تواند تخمينـي
قابل قبول جهت متغيرهاي حالت وسرعت موتور ارائه کند که
۱. معادله ديناميکي حرکت موتور در آن لحاظ شده باشد.
۲. همزمان با تخمين متغيرهاي حالت، گشتاور بـار را نيـز تخمـين زده بـروزرساني نمايد.
۳. با توجه به تغييرات مقاومت هاي روتـور و اسـتاتور بـا فرکـانس و حـرارتموتور، قابليت تخمين و بروزرساني اين پارامترها را نيز داشته باشد.
۴. به جهت رفع وابستگي به اطلاعات يک سنـسور جريـان، بتـوان از ترکيـباطلاعات آرايه اي از سنسورهاي جريان استفاده نمود.
مجموعه نتايج حاصله از شبيه سازي ها ي صورت يافته در چهـار سـناريوي در نظـر گرفتـهشده در اين تحقيق در جدول شماره ۵‐۱ ارائه شده است.

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت