Vektör Kontrol Sürücüsü için 2 DOF FOPI Kontrolör Tasarımı

Öz

Günümüzde sürekli mıknatıslı senkron motorların (SMSM) tahrik sistemlerinde kullanımları giderek yaygın hale gelmektedir. Kontrollerindeki gelişimler bu motorların kullanıldığı servo sistemlerdeki konum ve hız takibinde iyileştirmeler sağlamaktadır. Bu çalışmada SMSM'nin uzay vektör modülasyonlu vektör kontrol yöntemini geleneksel PI kontrolörler kullanılarak simulinkte modellenmiştir. Bu model ayrıca geleneksel PI kontrolör yerine iki serbestlik dereceye sahip kesir dereceli PI (2-DOF FOPI) kontrolör kullanılarak modellenmiştir. Geleneksel PI ve 2-DOF FOPI kontrolör parametreleri karınca kolonisi optimizasyonu (KKO) ile belirlenmiştir. Modeller eşit şartlarda çalıştırılarak iki yöntemin performansları karşılaştırılmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçları incelendiğinde, 2-DOF FOPI kontrolörün SMSM'nin alan yönlendirmeli kontrolünde geleneksel PI kontrolörden daha iyi performansa sahip olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• SMSM,
• Alan yönlendirmeli kontrol
• 2 DOF FOPI Kontrolör
• Karınca kolonisi optimizasyonu

2 DOF FOPI Controller Design for Vector Control Driver

Abstract

Today, the use of Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) in drive systems is becoming increasingly common. Improvements in controls provide improvements in position and speed tracking in servo systems where these motors are used. In this study, the space vector modulated vector control method of SMSM is modeled in Simulink using conventional PI controllers. This model is also modeled using a fractional degree of freedom PI (2-DOF FOPI) controller with two degrees of freedom instead of the traditional PI controller. Conventional PI and 2-DOF FOPI controller parameters were determined by ant colony optimization (ACO). The performances of the two methods were compared by running the models under equal conditions. When the simulation results obtained are examined, it is seen that the 2-DOF FOPI controller has better performance than the traditional PI controller in the field-oriented control of the PMSM.

Keywords

• PMSM
• vector control
• 2 DOF FOPI Controller
• Ant colony optimization

References

1. M. E. Asker, “Sürekli mıknatıslı senkron motorlarda vektör ve doğrudan moment yöntemlerinin uygulanması,” Y.L. tezi, Fenbilimleri Enstitüsü, Fırat Üniversitesi, Elazığ, Türkiye, 2009.
2. E. Öksüztepe, “Sürekli miknatisli senkron motorlarin algilayicisiz kontrolü,” Doktora tezi, Fenbilimleri Enstitüsü, Fırat Üniversitesi, Elazığ, Türkiye, 2008.
3. M. S. Camgöz, “Sabit mıknatıslı senkron motorun alan yönlendirmeli kontrolünün DSP üzerinde gerçekleştirilmesi,” Y.L. tezi, Fenbilimleri Enstitüsü, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyon, Türkiye, 2019.
4. H. Celik and T. Yigit, “Field-Oriented Control of the PMSM with 2-DOF PI Controller Tuned by Using PSO,” 2018 Int. Conf. Artif. Intell. Data Process. IDAP 2018, no. 5, pp. 11–14, 2019, doi: 10.1109/IDAP.2018.8620902.
5. H. Taguchi and M. Araki, “Two-Degree-of-Freedom PID Controllers — Their Functions and Optimal Tuning,” IFAC Proc. Vol., vol. 33, no. 4, pp. 91–96, 2000, doi: 10.1016/s1474-6670(17)38226-5.
6. M. Araki and H. Taguchi, “Two-degree-of-freedom PID controllers,” Int. J. Control. Autom. Syst., vol. 1, no. 4, pp. 401–411, 2003.
7. F. Geng and X. Zhu, “Research on fractional order two-degrees-of-freedom flight control technology of unmanned air vehicle,” in 2012 International Conference on Computer Science and Information Processing (CSIP), Aug. 2012, pp. 807–812, doi: 10.1109/CSIP.2012.6308976.
8. F. M. Zaihidee, S. Mekhilef, and M. Mubin, “Application of Fractional Order Sliding Mode Control for Speed Control of Permanent Magnet Synchronous Motor,” IEEE Access, vol. 7, pp. 101765–101774, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2931324.

9. T. Pajchrowski and A. Wójcik, “Analysis of influence of linear regulators’ structure on level of speed unevenness of PMSM direct drive,” Prz. Elektrotechniczny, vol. 96, no. 7, pp. 59–67, 2020, doi: 10.15199/48.2020.07.11.
10. P. Chen and Y. Luo, “Analytical Fractional Order PID Controller Design with Bodes Ideal Cut-off Filter for PMSM Speed Servo System,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 0046, no. c, 2022, doi: 10.1109/TIE.2022.3158009.
11. A. A. Adam, “Sabit mıknatıslı senkron motorda moment dalgalanması ve gürültünün azaltılması,” Doktora tezi, Fenbilimleri Enstitüsü, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2007.
12. S. Özçira, “Sabit mıknatıslı senkron motorun kontrol yöntemleri ve endüstriyel uygulamaları,” Y.L. tezi, Fenbilimleri Enstitüsü, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2007.
13. B. YILDIRIM, “Bir Mikro Şebekenin Yük Frekans Kontrolü için Tamsayı Derece Yaklaşımlı Kesir Dereceli PID Kontrolörün Optimizasyonu,” DÜMF Mühendislik Derg., vol. 1, no. 1, pp. 79–87, 2021, doi: 10.24012/dumf.860298.
14. M. Dorigo, G. Di Caro, and L. M. Gambardella, “Ant algorithms for discrete optimization,” Artif. Life, vol. 5, no. 2, pp. 137–172, 1999.
15. H. Dİkmen et al., “Gezgin Satıcı Probleminin Karınca Kolonisi ve Genetik Algoritmalarla Eniyilemesi ve Karşılaştırılması Optimization and Comparison of Travelling Salesman Problem Using Ant Colony and Genetic Algorithms,” vol. 18, no. 1, pp. 8–13, 2014.
16. E. Öksüztepe, Z. Omac, M. Polat, H. Celik, A. H. Selcuk, and H. Kürüm, “Sensorless field oriented control of nonsinusoidal flux-distribution permanent magnet synchronous motor with a FEM based ANN observer,” Turkish J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 24, no. 4, pp. 2994–3010, 2016.