مهندسی برق - کنترل MSCc

خلاصه: در این مقاله یک مطالعه مقایسه ای در تجزیه و تحلیل عملکرد موتور BLDC ارائه شده است. مدل ریاضی از موتور BLDC توسعه داده شده است و از این برای بررسی عملکرد کنترلر استفاده می شود. در ابتدا یک کنترل کننده PI برای کنترل سرعت موتور BLDC داده شده، توسعه یافته است. سپس یک کنترل مبتنی بر منطق فازی توسعه داده شده است. از طریق شبیه سازی گسترده مشاهده می شود که عملکرد کنترل کننده منطق فازی کمی بهتر از کنترل کننده PI می باشد.

کلید واژه ها: مدل سازی، طرح کنترل، PI، فازی

1. مقدمه:

موتور (BLDC) DC بدون جاروبک به طور گسترده ای در بسیاری از برنامه های کاربردی از قبیل خودرو، کامپیوتر، صنعتی، هوا فضا و غیره استفاده می شوند. موتور های BLDC دارای مزایای متعددی نسبت به موتور های DC دارای جاروبک هستند. با توجه به حذف  کموتاتور(الت تغییردهنده جهت برق) مکانیکی آنها به تعمیر و نگهداری کم تری نیاز دارند و آنها یک چگالی توان بالا  دارند که آنها را برای گشتاور بالا برای برنامه های کاربردی نسبت وزن ایده آل میسازد. در مقایسه با ماشین های القایی، آنها اینرسی پایین تری دارند که امکان پاسخ دینامیکی سریع تر به دستورات مرجع را موجب می شود. همچنین، آنها با توجه به آهنرباهای دائمی  منجر به زیان روتور(چرخانه) تقریبا صفر کارآمد تر هستند. با توجه به محاسن زیاد این موتور مدل سازی به منظور بهبود عملکرد سیستم انجام داده شده است. مدل سازی موتور BLDC با استفاده از هر طرح کنترل خاص در انجام مطالعات شبیه سازی جامع و پیاده سازی عملی بیشتر مفید است. محیط نرم افزار SIMULINK  و MATLAB رفتار دقیق از سیستم در واقعیت را نمایش می دهد. در این مقاله یک مطالعه مقایسه ای بر روی کنترل سرعت موتور DC بدون جاروبک انجام شده است . مدل ریاضی از موتور BLDC توسعه داده شده است واز آن برای بررسی عملکرد کنترلر استفاده می شود. یک کنترل کننده PI برای کنترل سرعت از موتور BLDC توسعه یافته است ، هنماطور که یک کنترل کننده منطق فازی برای همان توسعه یافته است. از طریق شبیه سازی گسترده مشاهده می شود که عملکرد طرح کنترل منطق فازی بهتر از طرح کنترل PI است. شبیه سازی های مختلف و نتایج تجربی ارائه شده اند و ملاحظات نظری توسط شبیه سازی تایید شده است.

2. مدل سازی موتور BLDC

موتور BLDC که در این مقاله شبیه سازی شده است یک موتور سه فازِ چهار قطب است. یک ماشین سنکرون با روتور(چرخانه) آهنربای دائمی می تواند به عنوان موتور BLDC در نظر گرفته شود  و تنها تفاوت ساخت و ساز روتور ميباشد که با توجه به تغيير ویژگی های پویاي ماشين و منبع ولتاژ سه فاز براي تغذیه موتور است. موج چهار سینوسی لزوما به عنوان منبع مورد استفاده قرار نميگيرد و شکل موج دیگر نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد اما نباید از حداکثر محدودیت های ولتاژ تجاوزکند.

5-1) مقدمه:

افزایش جمعیت جهان باعث افزایش روز افزون نیازبه انرژی شده است. ازگذشته های دور تنها روش تامین انرژی به سوخت های فسیلی مانند نفت وذغال سنگ و... محدود می شد. استفاده بیش از حد ازاین منابع باعث کاهش سطح این منابع، افزایش آلودگی هوا و نابودی محیط زیست شده است. ازاین رونیاز مبرم به منابعی باحداقل اثرات زیست محیطی از چند دهه گذشته احساس می شود. یکی از این منابع، منابع انرژی تجدید پذیراست که دسترسی به آنها نیز آسان تر می باشد. تولید انرژی تجدیدپذیر فتوولتائیک توجهات زیادی رابه خود جلب کرده است. رشد سیستم های فتوولتائیک (PV)[1] به دلیل بسیاری از مشخصه ها ازجمله ارائه انرژی تجدید پذیر سبز به خاطر استفاده از انرژی خورشیدی  مستقل است این روش به دلیل مزایای زیادی که دارد ازجمله عملیات خودکار وعدم تولید سر و صدا از بهترین روشهای نوین تولید انرژی می باشد. علاوه برآن، استفاده آسان آنها هم در مصارف انرژی خانگی وهم برنامه های تولید انرژی درمقیاس کوچک باعث کاربرد زیاد آنها شده است. بااین حال، سیستم های فتوولتائیک درمعرض نوسانات نیروی ناشی از شرایط جوی است. بنابراین استفاده ازسیستم های تبدیل انرژی فتوولتائیک درحداکثر میزان آن یا MPP[2] به منظور بهبود انرژی تولید شده برای یک مجموعه داده ازشرایط جوی، امری بسیار مهم میباشد. روشهای مختلفی برای دستیابی به حداکثر توان تولیدی از سلول های خورشیدی مطرح شده است.[4]

5-2) تئوری:

تاکنون تکنیک های مختلفی برای ردیابی حداکثر توان سیستم فتوولتائیک ارائه واجرا شده است اصول کلی این روشها به چهار دسته تقسیم میشود: دسته اول روشهایی که یک الگوریتم پایه ای را دنبال میکنند. مانند الگوریتم های [3]P&O، صعود تپه[4] و رسانایی افزایشی[5]. دسته دوم روشهای مبتنی برمدل سازی سلول های خورشیدی[6] هستند. دسته سوم روشهای مبتنی بررابطه موجود بین نقطه کار وپارامتر های سلول خورشیدی است. دسته چهارم روشهای کنترل هوشمند (کنترل فازی، شبکه های عصبی) است. دراین روشها کنترل منطق فازی یا منطق فازی و شبکه های عصبی بکاررفته است دراین پایان نامه ازروش منطق فازی برای کنترل [7]MPPT  استفاده میشودکه متغییر هایی مانند زاویه، اندازه صفحات و... را بعنوان ورودی دریافت کرده وتلاش میکند تاتوان صفحه خورشیدی را بیشینه کند. [5] هدف این کار پژوهشی، ردیابی نقطه حداکثر توان با استفاده از یک کنترل کننده فازی تطبیقی است که توضیح داده می شود.

ساختارسیستمPV
یک نمودار عملکردی معمولی از سیستم تبدیل انرژی PV در شکل1 نشان داده شده است. این سیستم شامل یک پانل PV، تقویت کننده مبدل DC-DC ، یک کنترل کننده ردیاب نقطه حداکثر توان (MPPT)  و بار مقاومتی می باشد. هدف MPPT دستیابی به حداکثر توان پانل PV  در تمام شرایط عملیاتی با تنظیم مداوم چرخه کارD[8] در مبدل تقویت کننده می باشد

Review :

 Given the seriousness of the energy issue, and in particular global warming in recent years, and the significant reduction of fossil fuel resources, including oil, finding an alternative to these resources has become one of the most common and critical issues facing human societies. Solar energy has become more and more sought after as one of the most promising renewable energy sources due to its ease of use and cost-effectiveness.

Solar energy is converted into electrical energy by a solar cell, but on the other hand, the power of the solar cell is not constant, and with the change of sunlight and ambient temperature (atmospheric changes), the maximum output of the photovoltaic array should be traced to this. The dissertation is introduced as an adaptive fuzzy logic control method.

 In this study, an adaptive fuzzy controller was used to track the maximum power point in photovoltaic systems. The controller efficiency is adjusted and corrected using fuzzy rules defined in error and error modification. The simulation results show that the proposed control, in comparison with its conventional counterpart, can track the maximum power point with better performance. Therefore, the introduction of a consistent achievement in the conventional fuzzy controller structure is fully justified.

This includes a PV panel, a DC-DC converter amplifier, a maximum power point and resistance load monitor.

   Keyword: Fossil Fuels - Renewable Energy Sources - Solar Panels - Photovoltaic Arrays - Adaptive Fuzzy Control-Power Tracker