Effective Control of the Developmental Current of a Serial DC Motor with a Fuzzy Tuned-PI Controller Zeta Converter

Year 2019, , 196 - 211, 30.06.2019

Hilmi Zenk

https://doi.org/10.31466/kfbd.569661

Cited By: 2

Abstract

In most applications where electrical energy needs to be converted to
mechanical energy, the most common direct current motors are preferred after
asynchronous motor. Since the motors used in most industrial systems are
required to produce a high development momentum, it is inevitable to draw high
currents from the grid at start times. This high starting
current must be kept under control as it increases the power consumption and
can seriously damage the stator and rotor windings of the motor. A suitable drive and monitoring system is required for this current
control operation. Fuzzy logic controller has adaptive features; it can produce
strong results in systems with uncertainties, variable parameters and load distribution.
In this study, the starting current of a serial connected DA motor fed from the
Zeta converter was first investigated by computer simulation using a fuzzy
set-PI controller. The fuzzy-tuned-PI control method was compared to the same
motor under the same conditions as conventional PI and fuzzy logic. Matlab /
Simulink software was used for simulation. According to the simulation results,
it is observed that the fuzzy-tuned-PI controller has a stronger response than
the classical PI and fuzzy logic control and the motor draws lower current at
the time of development.

Keywords

Zeta Converter, Serial DC Motor, DC Converter, Fuzzy tuned-PI controller, PI controller, Fuzzy logic controller

Bulanık Ayarlı-PI denetleyicili Zeta Konvertörün Sürdüğü, Seri DC Motorunun Kalkınma Akımının Etkili Denetimi

Abstract

Elektrik enerjisinin mekanik enerjiye
dönüştürülmesi gereken pek çok uygulamada asenkron motordan sonra en yaygın
olarak doğru akım motorları  tercih
edilir. Çoğu endüstriyel sistemde kullanılan motorlardan yüksek kalkınma
momenti üretmesi istendiğinden, başlangıç zamanlarında şebekeden yüksek akımların
çekilmesi  kaçınılmazdır. Bu yüksek
başlangıç akımı, güç tüketimini artırmasının yanında motorun stator ve rotor
sargılarına ciddi zarar verebildiğinden mutlaka kontrol altında tutulmalıdır.
Bu akım kontrol işlemi için uygun bir sürücü ve denetim sistemi gerekir.
Bulanık mantık denetleyici uyarlanabilir özelliklere sahip olduğundan;
belirsizliklere, değişken parametrelere ve yük dağılımına sahip sistemlerde
güçlü sonuçlar üretebilmektedir. Bu çalışmada ilk olarak,  Zeta Çeviriciden beslenen seri bağlı bir DA
motorunun başlangıç akımı, bulanık ayarlı-PI denetleyici ile bilgisayar
simülasyonu yoluyla incelenmiştir. Bulanık ayarlı-PI denetim metodu, aynı
motora aynı durumlar altında klasik PI ve bulanık mantık ile
karşılaştırılmıştır. Simülasyon için Matlab/Simulink yazılımı kullanılmıştır.  Simülasyon sonuçları göre bulanık ayarlı-PI
denetleyicinin klasik PI ve bulanık mantık denetime göre daha güçlü cevap
verdiği ve motorun kalkınma anında daha düşük akım çektiği gözlenmiştir.

Keywords

Zeta konvertör, Seri DA Motoru, Bulanık ayarlı-PI denetleyici, PI denetleyici, Bulanık mantık denetleyici

References

• Dincer, F., "The analysis on photovoltaic electricity generation status, potential and policies of the leading countries in solar energy," Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.15, No. 1, 2011, pp.713-720.
• Lee, T. D. and Ebong, A. U., “A review of thin film solar cell technologies and challenges”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 70, 2017, pp. 1286-1297.
• Prayeen, J. and VijayaRamaraju, V., “Materials for Optimizing Efficiencies of Solar Photovoltaic Panels”, Materials Today: Proceedings, Vol.4 , No. 4, Part D, 2017, pp. 5233-5238.
• Kaundinya, D.P., Balachandra, P., and Ravindranath, N. H.,"Grid-connected versus stand-alone energy systems for decentralized power—A review of literature," Renewable and Sustainable Energy ReviewsVol. 13, No.8, 2009, pp. 2041-2050.
• Wu, Z., Xu, C. and Yang, Y., “Adjustable PID Control Based on Adaptive Internal Model and Application in Current Shared Control of Multi Inverters”, Journaş of Franklin Institute, Vol. 354, Issue 7, 2017, pp. 2699-2711. (https://doi.org/10.1016/j.jfranklin.2017.01.019)
• Saygın, A. and Kerem, A., “Fuzzy Logic Based Control of A Loaded Asynchronous Motor Using a 6-Switched 3-Level Inverter”, Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE), Czech Republic, 2017, pp. 1-4 (DOI: 10.1109/CPEE.2017.8093055)
• Rasoanarivo, I., Arab-Tehrani, K. and Sargos, F. M., “Fractional Order PID and Modulated Hysteresis for High Performance Current Control in Multilevel Inverters”, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS), USA, 2011, pp. 1-7. (DOI: 10.1109/IAS.2011.6074351)
• Rashid, M. H. (2006). Power Electronic, Devices, Circuits, and Applications. Handbook, Second Edition, Burlington.
• Mohan, N., & Undeland, T. M. (2007). Power electronics: converters, applications, and design. John wiley & sons.
• Bose, B. K. (1986). Power electronics and AC drives. Englewood Cliffs, NJ, Prentice-Hall, 1986, 416 p.
• Pal, A. K., and Naskar, I., (2013). "Design of self-tuning fuzzy PI controller in LabVIEW for control of a real time process",International Journal of Electronics and Computer Science Engineering,Vol.2, Issue 2, pp. 538-545.
• Yanmaz, K., Altas, I. H., & Mengi, O. O. (2017). Five level cascaded H-bridge D-STATCOM using a new fuzzy and PI controllers model for wind energy systems. Advances in Electrical and Computer Engineering, 17(4), 49-58.
• Elmas, C., Akcayol M.A., and Yigit, T.,(2007). “Fuzzy PI Controller For Speed Control of Switched Reluctance Motor,” J. Fac. Eng. Arch. Gazi University, Vol. 22, No. 1, pp. 65-72.
• Zadeh, Lotfi A. (1973). "Outline of a new approach to the analysis of complex systems and decision processes",IEEE Transactions on systems, Man, and Cybernetics,vol. 1, pp. 28-44.
• Mengi, O. O., (2018). "A Five-Level H-Bridge STATCOM for an Off-Grid PV Solar Farm under Two Controllers PI and PIλ-MPC Hybrid",International Journal of Photoenergy. (DOI: 10.1155/2018/4030214)