دانلود رایگان ترجمه مقاله ارزیابی سرعت و تشخیص خطا برای PMSM از طریق حالت های شیبه کشویی – ۲۰۱۱

دانلود رایگان مقاله انگلیسی برآورد سرعت و تشخیص خطا برای PMSM از طریق حالات شبه کشویی به همراه ترجمه فارسی

 

عنوان فارسی مقاله برآورد سرعت و تشخیص خطا برای PMSM از طریق حالات شبه کشویی
عنوان انگلیسی مقاله Speed Estimation and Fault Detection for PMSM via Quasi Sliding Modes
رشته های مرتبط مهندسی برق، مهندسی الکترونیک، الکترونیک قدرت و ماشینهای الکتریکی، مهندسی کنترل
کلمات کلیدی تشخیص خطا، کنترل ساختار متغیر، ناظران، موتورهای سنکرون مغناطیس دائم، کنترل غیرخطی
فرمت مقالات رایگان مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند
کیفیت ترجمه کیفیت ترجمه این مقاله متوسط میباشد 
مجله هجدهمین کنگره جهانی فدراسیون بین المللی کنترل اتوماتیک میلانو
سال انتشار ۲۰۱۱
کد محصول F530

مقاله انگلیسی رایگان

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

ترجمه فارسی رایگان 

دانلود رایگان ترجمه مقاله
جستجوی ترجمه مقالات جستجوی ترجمه مقالات مهندسی برق

  

فهرست مقاله:

چکیده
۱٫ مقدمه
۲٫ دینامیک های موتور
۳٫ طراحی کنترل و تشخیص خطا
۳٫۱٫ مقدمات
۳٫۲٫ طراحی کنترل مبتنی بر ناظر
۳٫۳٫ مورد خطادار
۴٫ تست های شبیه سازی
۵٫ نتیجه گیری یادآوری ها

 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

۱٫ مقدمه
موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSMها) بطور گسترده در صنعت، بخصوص در کاربردهای کنترل تحرک در طیف قدرت کم و متوسط (بعنوان مثال، رباتیک و درایوهای ماشین ابزار)، با توجه به پاسخ سریع دینامیکی آنها، گشتاور بالا به نسبت وزن، وابستگی خطی گشتاور به یک جزء جریان در یک چارچوب مرجع مناسب، ساختار ساده و نگهداری آسان استفاده می شود (روسی و تونیلی، ۱۹۹۴؛ ژو و راهما، ۲۰۰۷؛ شیو و همکاران، ۲۰۲۰؛ ابراهیمی و همکاران، ۲۰۰۹).
با پیشرفت های حاصله در فنآوری دیجیتال در طی چند سال اخیر، اکنون قابلیت پردازش اطلاعات کافی در پلتفرم های مبتنی بر DSP مقرون به صرفه در دسترس است، که در عین حال قادر به ادغام کنترل است و رویکرد تشخیص خطا قادر به افزایش عملکرد PMSMها، افزایش طول عمر آنها و کاش هزینه های بالای آنها است. با این وجود، مقرون به صرفه بودن هر رویکرد ارائه شده برای کنترل و شناسایی خطا باید مورد توجه قرار گیرد. همچنین، هزینه مربوط به حسگرهای مکانیکی و سخت افزار گران قیمت مورد نیاز با پیچیدگی محاسباتی بخصوص برای موتورهای تولید انبوه در محدوده kW چشمگیر است. بنابراین تشخیص خطا و کنترل موتور بر اساس حسگرهای آسان دسترس و الگوریتم های به اندازه کافی ساده با استفاده از DSP کم هزینه اجرا می شود که در زمان واقعی استعداد پذیرش علاقه صنعتی به دلیل ماهیت کم هزینه آن و کاربردپذیری بالا برای کلاس وسیعی از موتورها ظاهر می شود (کلیمن و همکاران، ۱۹۹۷؛ آلر و همکاران، ۲۰۰۲؛ هان و سانگ، ۲۰۰۳).
با توجه به موضوعات کنترل که مستلزم توجهات خاص در سیستم های درایو الکتریکی دارد، این به خوبی شناخته شده است که پارامترهای الکترومکانیکی در معرض تغییرات قابل توجهی هستند. استراتژی کنترل غیرخطی که بطور وسیع شناخته و بطور موفقیت آمیز در طی سالیان اخیر به کار می رود کنترل ساختار متغیر (VSC) است (پیزانو و همکاران، ۲۰۰۸؛ اوتکین و همکاران، ۱۹۹۹؛ سابانوویچ و همکاران، ۲۰۰۲؛ چرن و ونگ، ۱۹۹۵؛ هانگ و همکاران، ۱۹۹۳؛ یونگ و همکاران، ۱۹۹۹؛ اوتکین، ۱۹۹۳، یان و همکاران، ۲۰۰۰). همچنین، روش های VSC قدرتمندی را برای عدم قطعیت های تطبیق یافته ارائه می کند (اوتکین، ۱۹۹۲) (زینوبر، ۱۹۹۴)، و با توجه به سایر رویکردهای قدرتمند کنترل از نقطه نظر محاسباتی ساده تر است، در نتیجه برای پیاده سازی DSP کم هزینه مناسب است. طرح های VSC معمولا تحت تاثیر انتشار سیگنال کنترل است اما، همانطور که در (بارتولینی و همکاران، ۲۰۰۶؛ اوتکین و همکاران، ۱۹۹۹) بحث شد، این عیب شناخته شده از پیاده سازی VSC موجبات سختی را برای درایوهای الکتریکی فراهم نمی آورد چرا که حالت عملیاتی روشن- خاموش صرفا برای مبدل های قدرت قابل قبول است. برای PMSM، معمولا ساختار کنترل آبشاری از کنترل جهت یابی میدان (FOC) اغلب به منظور دستیابی به عملیات چهار ربع سریع، شروع هموار و شتاب به کار می رود (لین، ۱۹۹۷؛ لین و همکاران، ۱۹۹۷؛ لین و شیوو، ۱۹۹۷؛ لین و لین، ۱۹۹۹؛ گریبی و لی های، ۱۹۹۴). FOC با دو کنترلر جریان در حلقه های کنترل درونی و کنترلر سرعت در یک حلقه کنترل بیرونی پیاده سازی می شود. کنترلر سرعت جریان مرجع را برای یکی از دو حلقه کنترل جریان درونی ارائه می کند؛ این جریان مرجع مربوط به گشتاور موتور مورد نیاز است. همانطور که در (اوتکین و همکاران، ۱۹۹۹) بحث شد، تکنیک های VSC را نمی توان برای حلقه کنترل سرعت به کار برد، چون ورودی مرجع حلقه کنترل جریان درونی باید مشتقات زمان را محدود سازد.
برای غلبه بر این مسئله، رویکردهای مختلفی همچون، «کنترل سرعت مستقیم» (اوتکین و همکاران، ۱۹۹۹) و «تکنیک حالت کشوئی مرتبه دوم» (پیزانو و همکاران، ۲۰۰۸) تبعیت می شود. با اینحال، هر دو تکنیک یک فرمولبندی را در چارچوب زمان مستمر به اشتراک می گذارند، در حالی که پیاده سازی عملی در یک DSP کم هزینه از یک درایو موتور واقعی برای یک فرمولبندی بسیار مناسب در یک زمینه از سیستم های نمونه داده ادعا می شود. یک راه حل ممکن در این مقاله ارائه می شود، که در آن یک سیستم کنترل مبتنی بر VSC زمان گسسته (DTVSC) (چان، ۱۹۹۷؛ چن و همکاران، ۲۰۰۱؛ کورادینی و اورلاندو، ۱۹۹۷؛ فوروتا، ۱۹۹۳؛ کایناک و دنکر، ۱۹۹۳؛ لی و اوه، ۱۹۹۸) طراحی می شود. در واقع، مقدمه DTVSC اجازه می دهد تا موضوع دیجیتال سازی قانون کنترل در نظر گرفته شود و قدرتمندی با توجه به اختلالات و عدم اطمینان های مدل تضمین گردد. مدل PMSM قبل از کاربرد تکنیک VSC شرط نیست.
همچنین کنترل عملکرد بالای PMSM مستلزم دانش سرعت شفت است (واس، ۱۹۹۰؛ بارتولینی و همکاران، ۲۰۰۳). روش استاندارد اختلاف- پسرو برای برآورد سرعت، با استفاده از اندازه گیری های موقعیت نمونه برداری شده ارائه شده توسط یک رمزگذار دیجیتالی افزایشی، خطاهای زیادی را بخصوص در سرعت پائین می دهد (خادم و همکاران، ۱۹۹۳؛ فوجیتا و سادو، ۱۹۹۲). برای فائق آمدن بر مسئله اندازه گیری سرعت غیر موثر، نتایج مختلفی با با توجه به استفاده از ناظران غیر خطی (میساوا و هدریک، ۱۹۸۹؛ راجامانی، ۱۹۹۸)، بخصوص بر اساس کنترب حالت کشوئی یا تطبیقی، بهره بالا داده شده است (اوتکین، ۱۹۹۲؛ تورنامب، ۱۹۹۲؛ اسلوتین و همکاران، ۱۹۸۷؛ دراکانوف، ۱۹۹۲).
در این مقاله، ناظر جدیدی از متغیر سرعت ارائه می شود، و کنترلر کوپل شده (متصل شده) مبتنی بر شبه حالات کشوئی ارائه می شود. محو تقریبی هر دو خطای ناظر و خطای ردیابی سرعت اثبات می شود. به طور خلاصه، مشخصات تکنیک DTVSC ترکیب شده با ناظر حالت در این اثر مورد بهره برداری قرار میگیرد تا معماری مبتنی بر آبشار نشان داده شده در شکل ۱ طراحی شود، که در آن می توان حلقه کنترل ناظر- سرعت و دو حلقه ی کنترل جریان درونی را طراحی نمود (بدان معنا که سیگنال ها و بلوک های نشان داده شده در شکل ۱ در سراسر این مقاله توضیح داده می شود).
علاوه بر این یکی دیگر از ویژگی های طرح ارائه شده ی شکل ۱ این است که ناظر طراحی شده برای برآورد سرعت مجاز می داند سیگنال باقی مانده تعریف شود، که در عین حال قادر به شناسایی خطا با استفاده از جریان های بردار پارک است. شناسایی سریع خطاها برای ارزیابی موقعیت آنلاین، تضمین کیفیت تولید و راندمان عملیاتی بهبود یافته ی PMSMها مطلوب است. همچنین، موضوعات مربوط به تشخیص خطا در حال دریافت توجهات فزاینده در طی سالیان اخیر بوده است. رویکردهای مختلف مبتنی بر مدل توسعه یافته است (چن و پاتون، ۱۹۹۹)، و بخصوص تکنیک های مبتنی بر ناظر تشکیل دهنده ی نیروی تحقیقاتی بسیار فعالی می باشد. مقاله بررسی جامع (فرانک، ۱۹۸۷) مروری از رویکردهای مبتنی بر ناظر را ارائه می کند، و تعدادی از نتایج ایجاد می شود (بعنوان مثال (شایلدز، ۲۰۰۵؛ ژوو و ژانگ، ۲۰۰۴) و منابع آن را ببینید). بطور خاص، روش خوب تاسیس حالت کشوئی برای رسیدگی به اختلالات و عدم اطمینان های مدلسازی به کار رفته است تا ناظر قدرتمندی را برای تشخیص خطا توسعه دهد (تان و ادواردز، ۲۰۰۲؛ یان و ادواردز، ۲۰۰۷). یک ویژگی قابل توجه از رویکرد کنترل ارائه شده در این مقاله این است که آن یک روش تشخیص ساده را ارائه می کند که می توان آن را بدون هزینه با استفاده از حسگر مبدل موتور الکتریکی آسان در دسترس و واحد کنترل DSP پیاده سازی نمود.
مقاله به شرح زیر سازماندهی می شود. دینامیک های موتور در بخش ۲ ارائه می شود. در بخش ۳ برخی از مقدمات داده شده است و جزئیات مربوط به کنترل حالت کشویی و تشخیص خطا بحث می شود. نتایج مربوط به تست های عددی در بخش ۴ گزارش می شود. مقاله با نظرات درباره عملکرد کنترلر ارائه شده نتیجه-گیری می شود.

بخشی از مقاله انگلیسی:

۱٫ INTRODUCTION

Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs) are widely used in industry, particularly in motion control applications in the low and medium power range (e.g. robotics and machine tool drives) due to their fast dynamical response, high torque to weigh ratio, linear dependence of the torque on one component of the current in a suitable reference frame, simple construction and easy maintenance (Rossi and Tonielli, 1994; Xu and Rahma, 2007; Shyu et al., 2002; Ebrahimi et al., 2009). With advances in digital technology over the last several years, adequate data processing capability is now available on cost-effective DSP-based platforms, enabling the integration of control and fault diagnosis procedure able to increase PMSMs performance, raise their lifetime and lower their high costs. Nevertheless, the cost-effectiveness of any proposed approach for control and fault detection has to be addressed. Indeed, the cost associated with mechanical sensors and expensive hardware required by computational complexity is significant in particular for mass-produced motors in the kW range. Therefore, control and fault diagnosis of motors based on readily available sensors and on algorithms simple enough to be executed using low-cost industrial DSP in real-time appears susceptible of industrial interest due to its cost-effective nature and wide applicability to a large class of motors (Kliman et al., 1997; Aller et al., 2002; Han and Song, 2003). Considering control issues requiring specific attention in electric drive systems, it is well known that electromechanical parameters are subject to significant variations. A nonlinear control strategy widely recognized and successfully applied in recent years is Variable Structure Control (VSC) (Pisano et al., 2008; Utkin et al., 1999; Sabanovic et al., 2002; Chern and Wong, 1995; Hung et al., 1993; Young et al., 1999.; Utkin, 1993; Yan et al., 2000). Indeed, VSC methods provide robustness to matched uncertainties (Utkin, 1992) (Zinober, 1994), and are computational simpler with respect to other robust control approaches, thus well suited for low-cost DSP implementation. VSC schemes are typically affected by chattering of the control signal but, as discussed in (Bartolini et al., 2006; Utkin et al., 1999), this well-known implementation drawback of VSC does not cause difficulties for electric drives since the on-off operation mode is the only admissible one for power converters. For PMSM, the cascade control structure of the Field Oriented Control (FOC) is often usefully applied to achieve fast four quadrant operation, smooth starting and acceleration (Lin, 1997; Lin et al., 1997; Lin and Chiu, 1997; Lin and Lin, 1999; Ghribi and Le-Huy, 1994). FOC is implemented with two current controllers in inner control loops and a speed controller in an outer control loop. The speed controller provides the reference current for one of the two inner current control loops; this reference current corresponds to the required motor torque. As argued in (Utkin et al., 1999), VSC techniques cannot be applied for the outer speed control loop, since the reference input of the inner current control loop should have bounded time derivatives. To overcome this problem, different approaches have been followed, such as, for instance, the ‘direct speed control’ (Utkin et al., 1999) and the ‘second-order sliding-mode technique’ (Pisano et al., 2008). Both techniques, however, share a formulation in the continuous time framework, while the practical implementation on a low-cost DSP of a real motor drive claims for a more appropriate formulation of the problem in a sampled-data systems context. A possible solution is presented in this paper, where a control system based on Discrete-Time VSC (DTVSC) (Chan, 1997; Chen et al., 2001; Corradini and Orlando, 1997; Furuta, 1993; Kaynak and Denker, 1993; Lee and Oh, 1998) is designed. The introduction of DTVSC, in fact, allows to take directly into account the issue of control law digitalization and to ensure robustness with respect to disturbances and model uncertainties. Moreover, decoupling and linearization of the nonlinear PMSM model is not required before the application of the VSC technique. High performance control of PMSM drives also requires the knowledge of the shaft speed (Vas, 1990; Bartolini et al., 2003). The standard backward-difference method to speed estimation, using sampled position measurements provided by a digital incremental encoder, gives high errors in particular at low speed (Khadim et al., 1993; Fujita and Sado, 1992). To overcome the problem of ineffective speed measurement, different results have been given considering the use of nonlinear observers (Misawa and Hedrick, 1989; Rajamani, 1998), in particular based on high-gain, adaptive or sliding mode control (Utkin, 1992; Tornamb`e, 1992; Slotine et al., 1987; Drakunov, 1992). In this paper, a novel observer of the speed variable is presented, and a coupled controller based on quasi sliding modes is proposed. The asymptotic vanishing of both the observation error and the speed tracking error is proved. Summing up, the features of the DTVSC technique combined with the state observer are exploited in this work to design the cascade-based architecture shown in Fig. 1, where it can be identified the external observerspeed control loop and the two internal current control loops (the meaning of the signals and blocks shown in Fig. 1 will be explained throughout this paper). A further feature of the proposed scheme of Fig. 1 is that the observer designed for speed estimation also allows a residual signal to be defined, able to detect fault using Park’s vector currents. Early detection of faults is desirable for online condition assessment, product quality assurance and improved operational efficiency of PMSMs. Indeed, fault detection issues are receiving increasing attention in recent years. Various model-based approaches have been developed (Chen and Patton, 1999), and in particular observer-based techniques constitute a very active research thrust. The comprehensive survey paper (Frank, 1987) provides an overview of observer-based approaches, and a number of results have been established (see e.g. (Shields, 2005; Xu and Zhang, 2004) and the references therein). In particular, sliding mode well-established method for handling disturbances and modeling uncertainties has been employed to develop robust observer for fault detection (Tan and Edwards, 2002; Yan and Edwards, 2007). A noticeable feature of the control approach presented in this paper is that it offers a simple fault diagnosis method that can be implemented at no cost using the readily available electric motor inverter sensor and the DSP control unit. The paper is organized as follows. The motor dynamics is presented in Section 2. In Section 3 some preliminaries are given and details on the considered observer based sliding mode control and fault detection are discussed. Results on numerical tests are reported in Section 4. The paper ends with comments on the performance of the proposed controller.