Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar için runge-kutta model öngörülü kontrol yaklaşımı

Abstract

Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar (PMSM), geleneksel motorlara göre üstünlükleri nedeniyle endüstriden ev aletlerine kadar geniş bir spektrumda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, PMSM’ler, doğrusal olmayan dinamiklere sahip çok girişli çok çıkışlı (MIMO) sistemlerdir ve bu da kontrollerini nispeten zorlaştırır. Bu çalışmada, ticari bir kalıcı mıknatıslı senkron motorun hız kontrolü için Runge-Kutta model öngörülü kontrol (RKMPC) olarak adlandırılan yeni bir model öngörülü kontrol mekanizması uygulanmıştır. Ayrıca, RKMPC tabanlı çevrimiçi parametre tahmini ile yük değişimleri altında motor hızının uyarlanması için RKMPC yöntemi kullanılmıştır. RKMPC’nin üstünlüğü, sistemin giriş ve çıkışlarındaki kısıtlamaları dikkate alabilmesi, böylece hız ve akım kontrolünün tek bir döngüde ele alınmasıdır. Çalışmada, RKMPC mekanizmasının, istenen kontrol doğruluğu için yük değişimleri ve bilinmeyen yük bozunumları gibi istenmeyen etkileri tahmin edebileceği gösterilmiştir. Kullanılan mekanizmanın performansı, farklı koşullar için deneysel olarak 0.4 kW’lık PMSM’de test edilmiştir ve geleneksel oransal integral (PI) yöntemiyle karşılaştırılmıştır. Testler, PMSM’ler için RKMPC’nin etkinliğini göstermiştir.

Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) have commonly been used in a wide spectrum ranging from industry to home appliances due to their advantages over their conventional counterparts. However, PMSMs are multiple-input multiple-output (MIMO) systems with nonlinear dynamics, which make their control relatively difficult. In this study, a novel model predictive control mechanism, which is referred to as the Runge-Kutta Model Predictive Control (RKMPC), has been applied for speed control of a commercial permanent magnet synchronous motor. Furthermore, the RKMPC method has been utilized for the adaptation of the speed of the motor under load variations via RKMPC-based online parameter estimation. The superiority of RKMPC is that it can take the constraints on the inputs and outputs of the system into consideration, thereby handling the speed and current control in a single loop. It has been shown in the study that the RKMPC mechanism can also estimate the load changes and unknown load disturbances to eliminate their undesired effects for a desirable control accuracy. The performance of the employed mechanism has been tested on a 0.4 kW PMSM motor experimentally for different conditions and compared to the conventional PI method. The tests have shown the efficiency of RKMPC for PMSMs.