Elektrikli Sürme Sistemlerinin Gerçek Zamanlı Döngüde Donanımsal Benzetimi ve Kalıcı mıknatıslı Bir Senkron Motor Sürücü Uygulaması

Yıl 2019, Cilt: 7 Sayı: 4, 802 - 817, 24.12.2019

Nuh Erdogan

https://doi.org/10.29109/gujsc.581524

Öz

Döngüde
donanımsal benzetim (DDB), gerçek zamanlı benzetime imkân veren ve son yıllarda
hem araştırmada hem de endüstriyel ürün geliştirmede yaygın bir şekilde
kullanılan bir tekniktir. Bu yöntemde kullanılan benzeticiler gerçek zamanlı
benzetim gerçekleştirebilen platformlardır. Platformun seçimi, modelleme
esnekliği ile yüksek doğruluk oranlı sistem gerçek zaman davranışını elde etme
yönlerinden önemlidir. Bu çalışmada, elektrik sürme sistemlerinin benzetiminde
kullanılan DDB yapıları tanıtılmış, gerçek zamanlı DDB’yi gerçekleştirebilen
benzetim platformları karşılaştırılmalı incelenmiş ve elektrikli sürme
sistemleri uygulama alanlarına göre uygun platform önerilerinde bulunulmuştur.
Durum çalışmasında, örnek bir vektör kontrollü kalıcı mıknatıslı senkron motor
(KMSM) sürücüsünün gerçek zamanlı benzetimi 3.0 GHz’de çalışan Intel işlemci
çekirdeği ve bir SPARTAN-3 kullanıcı programlamalı kapı dizisi (FPGA) içeren,
paralel işleme izin veren karma bir platformda gerçekleştirilmiş ve gerçek
zamanlı benzetimde karşılaşılan meseleler tartışılmıştır. Sonuçlar, vektör
kontrollü bir KMSM sürücüsünün gerçek zamanlı DDB’sinin çok çekirdekli işlemci
ve FPGA içeren benzetici ile gerçekleştirilebileceğini göstermiştir. Sonuçlar
doğrultusunda, daha yoğun hesaplama içeren ve daha yüksek frekanslı
anahtarlamalı elemanlara sahip kontrol sistemlerinin DDB’si için uygun gerçek
zamanlı benzetici platform önerilerinde bulunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Döngüde donanımsal benzetim, Gerçek zamanlı benzetim, Grafik kullanıcı arayüzü (GPU), Kalıcı mıknatıslı senkron motor, Çok çekirdekli işlemci

Kaynakça

• [1] E. Yaylacı, İ. Yazıcı, Otonom bir Rüzgâr Enerji Sistemi için Örnek Test Düzeneğinin Gerçeklenmesi. Gazi Üniv. Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7 (1), 175-183, 2019.
• [2] M.D.O. Faruque, v.d., Real-time simulation technologies for power systems design, testing, and analysis, IEEE Power and Energy Technology Systems Journal 2(2), 63-73, 2015.
• [3] Z. Doğru, Döngüde Donanımsal Benzetim ve Gerçek Zamanlı Gömülü Sistemler, Gazi Üniv. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2012.
• [4] W. Ren, v.d., Interfacing Issues in Real-Time Digital Simulators, IEEE Transactions On Power Delivery, 26(2), 1221-1230, 2011.
• [5] A. Sarikan ve M. T. Aydemir, Gerçek Zamanli Benzetim ve Kapali Döngü İçerisinde Donanim Desteği: Uygulamalar Ve Sinirlamalar, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 24(3), 517-524, 2009.
• [6] S. Mojlish, N. Erdogan, D. Levine, and A. Davoudi, Review of Hardware Platforms for Real-Time Simulation of Electric Machines, IEEE Trans. On Transportation Electrification, 3(1), 130-146, 2017.
• [7] S. Tezcan, Rüzgâr Santrallerinin Modellenmesi Ve Rüzgâr Santrallerinin Iletim Sistemi Üzerindeki Etkilerinin Incelenmesi. Gazi Üniv. Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 5 (3), 197-212, 2017.
• [8] R. Champagne, L. A. Dessaint, H. Fortin-Blanchette, and Sybille, G. Analysis and validation of a real-time AC drive simulator. IEEE Trans. on Power Electronics, 19(2), 336-345, 2004.
• [9] LF. Pak, and V. Dinavahi, Real-time simulation of a wind energy system based on the doubly-fed induction generator, IEEE Trans. on Power Systems 24(3), 1301-1309, 2009.
• [10] N.R. Tavana and V. Dinavahi, A general framework for FPGA-based real-time emulation of electrical machines for HIL applications, IEEE Trans. on Industrial Electronics 62(4), 2041-2053, 2015.
• [11] M. Peker, O. Özkaraca, Büyük ölçekli veri setleri için GPU hızlandırmalı melez bir GA-SVM: Cu-GA-SVM. Gazi Üniv. Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6 (3), 581-591, 2018.
• [12] Z. Zhou and V. Dinavahi, Parallel massive-thread electromagnetic transient simulation on GPU, IEEE Trans. on Power Delivery 29(3), 1045-1053, 2014.
• [13] M. Yeşilbudak, S. Ermiş, R. Bayındır, Farklı Baralara Sahip Güç Sistemlerinde Yük Akışı Analiz Metotlarının Karşılaştırılması. Gazi Üniv. Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 5 (3), 237-246, 2017.
• [14] S. Usenmez, R. A. Dilan, M. Dolen, & A.B. Koku, Real-time hardware-in-the-loop simulation of electrical machine systems using FPGAs. In IEEE International Conference on Electrical Machines and Systems, pp. 1-6, November, 2009.
• [15] N. Erdogan, H. Henao, H., and R. Grisel, The analysis of saturation effects on transient behavior of induction machine direct starting, In IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE). Vol. 2, 975-979, 2004.
• [16] İ. Çelik, C. Yıldız, Şekkeli, M. Rüzgâr Enerji Santrali kurulumunda rüzgâr türbinlerinin mikro yerleşimi için bir optimizasyon modeli. Gazi Üniv. Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6 (4), 898-908, 2018.
• [17] E. Duman, E. Akın, EEBM Eğitiminde Döngüde Donanımsal Benzetim Tekniğinin Kullanımı, Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendislikleri Eğitimi 2. Ulusal Sempozyumu, Samsun, 1-5, 2005.
• [18] X. Guillaud v.d., Applications of real-time simulation technologies in power and energy systems, IEEE Power and Energy Technology Systems Journal 2(3), 103-115, 2015.
• [19] V. Jalili-Marandi, L. F. Pak, & V. Dinavahi, Real-time simulation of grid-connected wind farms using physical aggregation. IEEE Trans. on industrial electronics, 57(9), 3010-3021, 2010.
• [20] S. Abourida, C. Dufour, and J. Bélanger, Real-Time and Hardware-In-The-Loop Simulation of Electric Drives and Power Electronics: Process, problems and solutions, In Proceedings of the International Power Electronics Conference (IPEC-Niigata 2005), Niigata, Japan. 2005.
• [21] S. Abourida, et al. Hardware-in-the-loop simulation of finite-element based motor drives with RT-LAB and JMAG. in IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Vol. 3, 2006.
• [22] P. G. McLaren, R. Kuffel, R. Wierckx, J. Giesbrecht, & L. Arendt, A real time digital simulator for testing relays. IEEE Trans. on Power Delivery, 7(1), 207-213, 1992.
• [23] RTDS Tech. Inc. Real time digital power system simulation. https://www.rtds.com.
• [24] OPAL-RT Inc. RT-LAB: Distributed Real-Time platform v11.2.2.108. https://www.opal-rt.com.
• [25] OPAL-RT Inc. Hypersim real-time simulation. https://www.opal-rt.com/systems-hypersim.
• [26] Speedgoat GmbH, Real-time simulation and testing, https://www.speedgoat.com/ 2019.
• [27] dSPACE GmbH. dSPACE manual. https://www.dspace.com/en.
• [28] Typhoon HIL Inc. Typhoon HIL real-time simulator. https://www.typhoon-hil.com.
• [29] MathWorks Inc. xPC Target for use with real-time workshop. https://www.mathworks.com/tagteam/37937_xpc_target_selecting_hardware_guide.pdf.
• [30] ADI Applied Dynamics International. ADI rTX https://www.adi.com.
• [31] A.A. Adam, K. Gulez, & N. Erdogan, Minimum torque ripple algorithm with fuzzy logic controller for DTC of PMSM, In International Conference on Intelligent Computing, pp. 511-521, 2007.
• [32] D. Uygun, Y. Çetinceviz, Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. Gazi Üniv. Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6 (3), 605-620, 2018.