T.C. SELUK NVERSTES FEN BLMLER ENSTTS ASENKRON MOTORUN SAYISAL ARET LEYC TABANLI VEKTR KONTROL brahim ERTRK YKSEK LSANS TEZ ELEKTRK-ELEKTRONK MHENDSL A.B.D. Konya, 2006 T.C. SELUK NVERSTES FEN BLMLER ENSTTS ASENKRON MOTORUN SAYISAL ARET LEYC TABANLI VEKTR KONTROL brahim ERTRK YKSEK LSANS TEZ ELEKTRK-ELEKTRONK MHENDSL ANABLM DALI Bu tez .. / .. / 2006 tarihinde aadaki jri tarafndan oy birlii / oy okluu ile kabul edilmitir. Yrd. Do. Dr. Yksel ZBAY (Danman) Yrd. Do. Dr. Abdullah RKMEZYrd. Do. Dr. Nihat YILMAZ (ye)(ye) iii ZET Yksek Lisans Tezi ASENKRON MOTORUN SAYISAL ARET LEYC TABANLI VEKTR KONTROL brahim ERTRK Seluk nivertsitesi Fen Bilimleri Enstits Elektrik-Elektronik Mhendislii A.B.D. 2006, 130 Sayfa Danman : Yrd. Do. Dr. Yksel ZBAY Jri : Yrd. Do. Dr. Abdullah RKMEZ Yrd. Do. Dr. Yksel ZBAY Yrd. Do. Dr. Nihat YILMAZ Bualmaasenkronmotorunsaysaliaretileyicitabanlhzalglaycsz vektrkontrolnincelemeamacylayaplmtr.nceliklebukonuylailgilidaha nceyaplmalmalararatrlmtr.almamzdauygunbirvektrkontrol yntemibulunmasiinincelenenkaynaklardakullanlanvektrkontrolyntemleri eitli simlasyon yazlmlar zerinde test edilmitir. Dahasonra,simlasyonalmalarnda,farklsimlasyonyazlmlarvebu yazlmlarnsaladsimlasyonyntemleriincelenmitirvesimlasyon almasndakullanlacaksimlasyonyntemiveuygunyazlmaratrlmtr. Simlasyonyazlmveyntemiseilirkensimlasyonhzna,programn kararllnavesimlasyonalmassonucundaeldeedilenverilerinincelenmesi iinkullanlanaralaradikkatedilmitir.Bylecesimlasyoniin MATLAB/SIMULINKyazlmpaketiveCS-Functionkullanlmasnakarar verilmitir. Simlasyon ortamnda test edilen vektr kontrol yntemlerinin pratikte de test edilebilmesiiinasenkronmotoraveDSPtabanlsrcyeihtiyaduyulmutur. Srcsistemdenbeklenenennemlizellikdk-maliyettir.Srcsistemiin testamalkullanlabilecekbirDSPkartaratrlmtrveTMS320F243sabit-noktalDSPierendk-maliyetlibirkartsatnalnmtr.BuDSPkartlauyumlu birmotorkontrolrkartpiyasadamevcutolmasnaramen,oldukapahal olduundandahadk-maliyetlibenzerbirkarttasarlanmveimaledilmitir. Bylece, aratrlan kaynaklarda verilen vektr kontrol yntemlerini hem simlasyon ortamnda hem de pratikte test etme imkan salanmtr. Kaynak aratrmas srasnda, hz alglaycsz vektr kontrolnde rotor hz ve durumdeikenleriilemakineparametrelerininkestirilmesiiingenellikleModel Referans Adaptif Sistem (MRAS) ve gzetleyici tabanl yntemlerle karlalmtr. iv almamzda,ncelikledierlerindendahabasitalgoritmasolanMRASzerinde durulmutur.RotorhzkestirimiiinMRASkullananvektrkontrolyntemleri simlasyonortamndadkrotorhzlarharicindeiyisonularvermitir.Fakat pratikte anlaml sonular elde edilememitir. kinciolarakGeniletilmiKalmanFiltresi(EKF)ierengzetleyicitabanl kestirimyntemikullanlmtr.Buyntemkarmakbiralgoritmagerektirir.Fakat parametredeiimlerinevelmgrltlerinekarbaklnedeniylehem simlasyonortamndahemdepratiktesfrdannominaldeerinekadartmrotor hzlarnda uygun sonular vermitir. Denemelerdensonra,vektrkontroliingereklitmverilerinstatorakmlar ileinverterDCbeslemevoltajlmleriyardmylaEKFtabanlgzetleyici tarafndan kestirilen hz alglaycsz dorudan vektr kontrol yntemi kullanlmasna kararverilmitir.nerilenyntemsimlasyonortamndavepratiktetestedilmitir. nerilenyntemherrotorhzndavedeiikykartlaraltndakararlolmutur. Ayrca nerilen yntem referans rotor hznn ve yknn deiimlerine kar iyi bir dinamik performans sergilemitir. Hz kestiriminde ortalama yaklak % 2.5 olarak bulunmutur ve referans rotor hznn veyknn deiimlerine kar ortalama cevap zaman yaklak 300 ms dir. Bundanbaka,kestirilenhzreferanshziletamolarakayndr.laveten,nerilen EKFtabanlkestirimyntemisabitv/forantsnadayananalt-adminverteriletest edilmitirverotorhznnkestiriminerilenyntemtarafndandorubirekilde yaplmtr ve bu uygulamalarda arzulanan sonular elde edilmitir. Anahtar Kelimeler : Asenkron motor, alan ynlendirme kontrol, alglaycsz kontrol, vektr kontrol, DSP, Kalman Filtresi, MRAS, C S-Funtion. v ABSTRACT MS Thesis DIGITAL SIGNAL PROCESSOR BASED VECTOR CONTROL OF INDUCTON MOTOR brahim ERTRK Selcuk University Graduate School ofNatural and Applied Scienes Department of Electrical and Electronics Engineering 2006, 130 Pages Supervisor : Asst. Prof. Dr. Yksel ZBAY Jury : Asst. Prof. Dr. Abdullah RKMEZ Asst. Prof. Dr. Yksel ZBAY Asst. Prof. Dr. Nihat YILMAZ ThisstudywasconductedtoexamineDigitalSignalProcessor(DSP)based speedsensorlessvectorcontrolofinductionmotor.Firstly,previouslyconducted studiesrelatedwiththissubjectwereinvestigated.Usedvectorcontrolmethodsin examinedresourcesweretestedonvarioussimulationsoftwarestofindsuitable vector control method for our application. Nextly,insimulationstudies,differentsimulationsoftwaresandsimulation methodsthatprovidedbythesesoftwareswere examinedandsuitablesoftwareand simulationmethodthatwillbeusedinsimulationstudywereinvestigated.While selecting simulation software and method, simulation speed, stability of program and examining tools used for obtained data from simulation study were considered. Thus, useofMATLAB/SIMULINKsoftwarepackageandCS-Functionwasdecidedfor simulation. Totestvectorcontrolmethodsthatweretestedonsimulationenvironmentin practice,inductionmotorandDSPbaseddriverwererequired.Mostimportant property that expected from driver system is low-cost. A DSP card that can be used astestpurposewasinvestigatedfordrivesystemandlow-costcardthatincluded TMS320F243 fixed-point DSP was bought. Additionally, a motor controller card that issuitablewiththisDSPcardisavailableonthemarket.But,sinceitisextremely expensive,low-costcardthatissimilartothiscardwasdesignedandbuiltinthis study.Thus,thepossibilityoftestinggivenvectorcontrolmethodsininvestigated resources was provided in simulation environment and practice. Whileexaminingliterature,generallyModelReferenceAdaptiveSystem (MRAS)andobserverbasedmethodswereencounteredtoestimatingrotorspeed, statevariablesandmachineparametersinspeedsensorlessvectorcontrol.Inour study, firstly MRAS whose algorithm is simpler than others was considered. Vector vi controlmethodsthatuseMRAStorotorspeedestimationgavegoodresultsin simulationenvironmentexceptforlowerrotorspeed.Butanymeaningfulresults were not obtained in practice. Thesecondly,observerbasedestimatingmethodthatincludedExtended KalmanFilter(EKF)wasused.Thismethodrequiresacomplexalgorithm.But, because of its immunity to parameter variations and measuring noise, it gave suitable results in simulation and practice for every rotor speed from zero to nominal value. Aftertheexperimentations,theuseofspeedsensorlessdirectvectorcontrol methods that requires information estimated by EKF based observer that uses stator current and inverter supply voltage measurement was decided. Proposed method was tested in simulation environment and practice. It was stable on every rotor speed and underdifferentloadcondititions.Furthermore,itwasexhibitedgooddynamic performance against the variations of reference rotor speed and load. Averageerroronspeedestimationwasfoundtobeabout2.5%andaverage response time against to variations of reference rotor speed and load was about 300 ms.Furthermore,estimatedspeedwasexactlythesamewithreferencerotorspeed. In addition, proposed EKF based estimating method was tested with six-step inverter basedonfixedv/fratioandestimateofrotorspeedwasaccuratelymadeby proposed method and desired results were obtained in these applications. Key Words : Induction motor, field oriented control, sensorless control, vector control, DSP, Kalman Filter, MRAS, C S-Funtion. vii NSZ Asenkron makinenin alan ynlendirme kontrol hakknda Trke kaynaa pek rastlanmamtr.Ancak,yabancdergiveinternetzerindengilizcekaynaklar bulunmu,ayrcakonuileilglikitaplaredinilmitir.Yurdumuzda,butrsrcler retilmeyipgenellikleithaledilmektedir.Trkiyededahaokvoltaj/frekans tekniinedayanansrclerretilmektedir.Bunedenlerlebukonudaalma yaplmayakararverilmitir.Tezalmashemuygulamahemdesimlasyon ortamnda yrtlm ve bu alma ile nerilen sistemin geerlilii kantlanmtr. UzunsrenalmalarsrasndabanaherzamandestekolaneimFatma ERTRKe ve her aamada nerilerini hibir zaman esirgemeyen hocam Sayn Yrd. Do. Dr. Yksel ZBAYa teekkr ederim. Yaplan almann ileride yaplacak olan almalara k tutmasn dilerim. Konya, 2006brahim ERTRK viii NDEKLER Sayfa No : ZET ............................................................................................................iii ABSTRACT .................................................................................................v NSZ........................................................................................................vi NDEKLER .............................................................................................vii SMGELER VE KISALTMALAR ..............................................................ix 1. GR ........................................................................................................ 1 2. KAYNAK ARATIRMASI ....................................................................5 2.1. Vektr Kontrol Yntemleri ...................................................................6 2.2. Asenkron Makine iin Parametre ve Durum Kestirimi Yntemleri .....7 3. ASENKRON MAKNE KONTROL ELEMANLARI ............................16 3.1. Genel Asenkron Makine Kontrol Sistemi .............................................16 3.2. Asenkron Motor ....................................................................................17 3.2.1. Dinamik Makine Modeli ....................................................................19 3.2.2. Birim Srekli-Zaman Dinamik Makine Modeli .................................23 3.2.3. Srekli ve Ayrk Zaman Birim Durum Uzay Makine Modeli ..........26 3.3. Alan Ynlendirme Kontrol ..................................................................28 3.4. nverter Modeli ve Anahtarlanmas .......................................................34 3.5. Geniletilmi Kalman Filtresi ................................................................36 4. DSP TABANLI VEKTR KONTROLR VE ASENKRON MOTOR SMLASYON TASARIMI .............................41 4.1. Simlasyon Dosyalar ve Fonksiyonlar .................................................42 5. TMS320F243 TABANLI ASENKRON MOTOR SRSC TASARIMI..........................................................46 5.1. DSP Kontrolr (F243 DSK DSP STARTER KIT).............................46 5.2. Saysal Motor Kontrolr (DMC) ...........................................................48 5.3. TMS320F243 iin Yazlm Tasarm ....................................................49 ix 6. DENEYSEL SONULAR .......................................................................55 6.1. Asenkron Makinenin DSP Tabanl Vektr Kontrol Simlasyonu ......55 6.1.1. Vektr Kontroll Asenkron Makinenin Bota alma Simlasyonu ........................................................................................ 55 6.1.2. Vektr Kontroll Asenkron Makinenin Ykte alma Simlasyonu ........................................................................................ 58 6.2. TMS320F243 Tabanl Asenkron Motor Srcs ile Yaplan Uygulama Sonular .............................................................................62 7. SONULAR VE NERLER .................................................................67 7.1. Sonular .................................................................................................67 7.2. neriler ..................................................................................................69 8. KAYNAKLAR .........................................................................................71 EKLER .........................................................................................................75 EK-A SMLASYON DOSYALARI........................................................76 EK-B SAYISAL MOTOR KONTROLR KARTI ORCAD EMALARI 84 EK-C DSP YAZILIMI .................................................................................97 EK-D SMLASYON ALIMASINDAN ELDE EDLEN GRAFKLER .................................................................................. 123 x SMGELER ve KISALTMALAR d/dtTrev operatr fFrekans [Hz] irRotor akm [A] isStator akm [A] Llr Rotor kaak indktans [H] Lls Stator kaak indktans [H] Lm Karlkl indktans [H] ns Senkron hz [d/dk] pift kutup says RrRotor direnci [] RsStator direnci [] sBirim kayma Teretilen moment [N.m] TLYk momenti [N.m] VsStator voltaj [V] Asal frekans [rd/s] Ak [wb] Stator indktans iin dnm sabiti Rotor aks uzaysal pozisyonu [rd] (abc)-fazl sistem ACAlternatif akm ADCAnalolog/Dijital Dntrc ASMAsenkron motor CosG katsays DCDoru akm (d-q)Durgun koordinat sistemi (D-Q)Hareket eden koordinat sistemi DSP Saysal iaret ileyici EKF Geniletilmi Kalman filtresi xi IGBTBeyzi izole edilmi bipolar transistr EKF Geniletilmi Kalman filtresi KFKalman filtresi PIOransal-ntegral reglatr PWMDarbe genilik modlasyonu SVPWMUzay vektr dalga genilik modlasyonu YSAYapay sinir a 1 1. GR Asenkronmakinelerbasityaplar,ucuzolmalar,fazlabakmaihtiya duymamalarveyksekverimlerinedeniyleendstrideyaygnolarakkullanlrlar. Sfrdantam-ykekadarneredeysesabithzdaalrlar.Ancak,dorusalolmayan yaplar nedeniyle daha karmak kontrol algoritmalar gerektirirler ve deiken hzl uygulamalara kolaylkla uydurulamazlar. Bu nedenle ok uzun bir sre yalnzca sabit hzl uygulamalarda kullanlmtr. Deiken hzn gerekli olduu uygulamalarda DC makineler ne kmtr. Ancak, DC makineler dnen ksmdaki sargnn beslenmesi iin fraya ihtiya duyduklarndan, verimleri dktr ve asenkron makinelere gre olduka sk bakma ihtiya duyarlar. Yar-iletkenteknolojisindekigelimelersayesindeeitligelektronii elemanlarvemikro-denetleyicilergelitirilmitir.Bugelimelerdensonraasenkron makineleri deiken hzl uygulamalarda kullanmak mmkn olmutur. Bilindii gibi asenkronmakineninhzstatorauygulanankaynanfrekansnavekutupsaysna baldr.Kutupsaysdeitirilerekyaplanhzayarzordurveherbiriaynanda kullanlamayansarglaraihtiyavardr.Budafazladanbakrkullanmanlamna gelir ve hem maliyeti, hem de makine boyutlarn artrr. Yine bu ekilde yaplan hz ayar srekli biimde olmayp, kademeli olarak salanabilir. Bundan baka, asenkron makinenin statoruna uygulanan gerilimin bykl ve frekans deitirilerek de hz ayarlanabilir.Bugnmzdeeitliakevrimfrekanskonvertrleriyle yaplmaktadr. Birfrekanskonverteriebekegeriliminidorultarak,istenilenfrekansve byklktevoltajsalar.Byleceasenkronmakineninhzfrekansabalolarak ayarlanabilir.Frekansdeitirilerekyaplanhzkontroltekniklerindehzgeri beslemesiolmadndanasenkronmakinenindorusalolmayantork-hz karakteristiinedeniylekararlbiralmaherzamansalanamayabilir.Buekilde yaplankontrolbiimineskalerkontroldenir.nk,deikenlerinuzaysal durumlar dikkate alnmayp yalnzca byklne baklr.DCmakinelerdebirbirindentamamenayralanvearmatrsargsmevcuttur. BusarglaraistenilenDCgerilimayrayruygulanabilir.Makineninmomenti armatrakmilemanyetikaknnarpmilevemanyetikakdaalansargs 2 akmyla doruorantldr. Bylece, elde edilmek istenilenmanyetik ak ve moment bu sarglara uygulanan DC gerilimin basite ayarlanmasyla elde edilebilir. Buradan yolaklarakasenkronmakinenindeeitlidnmteknikleriylealanvearmatr sargsnaayrgerilimuygulanabilenDCmakineyebenzetilebileceiispatlanmtr. AsenkronmakineninstatorakmvektrDCmakineyebenzerekildealanve momentioluturanikidikbileeneayrlabilir.Buvektrlerdenmanyetikak vektrne paralel olan akm vektr; manyetik aky oluturan akm, buna dik olan akm vektr de momenti oluturan akm temsil ederler. Bylece, bu iki stator akm vektrbileeniayrayrkontroledilerekasenkronmakinedeDCmakinegibi kontrolimkannakavuur.Buekildeyaplankontrolekli;kontroldeikenlerinin hembyklklerihemdeuzaysaldurumlardikkatealndndanvektrkontrol veyabuvektrdeikenlerstatorveyarotoralannreferanskabuledenyenibir koordinatsisteminedntrldklerindenalanynlendirmekontrololarak adlandrlr. Yukardabahsedilenasenkronmakineninhzkontroltekniklerikarmak kontrolalgoritmalarveelektronikganahtarlargerektirdiklerinden,bunlarn uygulanabilirhalegelmeleriiinyar-iletkenteknolojisindekigelimelernemli olmutur.zellikle,vektrkontroltekniiokhzlgelektroniianahtarlarve makinedenaldverilerihzlbirekildeileyiptekrarkontrolsinyaline dntrerekbugelektroniianahtarlarnagnderebilecekokhzlilemcilere ihtiyaduyar.Buamalayeterinceglveokhzlyar-iletkenanahtarolan IGBTler (Isolated Gate Bipolar Transistor) gelitirilmitir. Vektrkontroltekniiningerektirdiiilemleriokhzlbirekildeyerine getirebilecekilemcilerolanDSPlerin(DigitalSignalProcessor)gelitirilmesiile artkvektrkontroltekniininticariolarakdauygulanmasmmknhalegelmitir. DSPleringelitirilmesininamacmotorkontrololmadndanuzunbirsresesve grntilemegibidierilemleriinkullanlmtr.Fakatgnmzdemotor kontrolneynelikolarakretilenDSPlermevcuttur.Bunlar,zelliklemotor kontroliinretildiklerinden,ADC(AnalogtoDigitalConverter),PWM(Pulse Width Modulation) sinyallerini retebilen birimleri, hz ve durum alglayc enkoder sinyallerini tutabilecek birimleri ierirler. 3 Vektrkontroltekniklerinde,rotorvemanyetikalannnhzlarveuzaysal durumlaralglayccihazlarlaalglanabileceigibi,makineninmatematiksel modelindenyararlanlaneitlihzkestirmeyntemleriyledebulunabilir.Bu yntemlerde,istenilenverilerdorudanhesaplanmayp,hzdeikeniierenbir makinemodeliylehzdeikeniiermeyenbirmakinemodelinin karlatrlmasndaneldeedilenhatasinyalihzdeikeniierenmakinemodeline geribeslenerekhzkestirmeilemiyaplr.Hzkestirmeyntemleri,makinemiline biralglaycbalamannmmknolmaddurumlardayararlolabilir.Ayrca maliyetin de azaltlmasn salar. Vektrkontroltekniindebelirlibirandaistenilenhzveyamomentiin gereklikontroldeikenleriolanmanyetikakveyaakmneisemakineye uygulananlardaonlarolacaktr.Bylece,makineninyksekverimliolarak almasnsalar.Gnmzdeenerjimaliyetleriarttkaverimlialmane kmaktadr.Ayrca,evrenindekorunmasiinmevcutenerjikaynaklarnn ekonomik bir biimde kullanlmalar gereklidir. Bu durumda, mevcut teknikler daha verimlihalegetirilmeyeallmaktadr.Vektrkontroltekniibubakmdannem kazanmaktadr. Butezalmasndaasenkronmakineninalglaycszvektrkontrol incelenecektir. ncelikle, incelemeler iin asenkron makinenin ve kontrol sisteminin matematikselmodellerininoluturulabildiiMATLAB/SIMULINKyazlm paketindenyararlanlacaktr.Buyazlmileyaplansimlasyonalmalarndan sonra,zelliklemotorkontrolneynelikolarakTexasInstrumentsfirmas tarafndangelitirilmiolanTMS320F243DSPkontrolriletasarlanacakolan kontrol birimi ve g elektronii birimi ile 750 W gcndeki bir asenkron makinenin vektr kontrol incelenecektir. Tezierisindekiblmlerksacaylezetlenebilir.Birinciblmolanbu blmdeasenkronmakinevekontrolyntemleriksacaaklanmayaallmtr. kinciblmdeisedahancebutezinkonusuileilgiliolarakyaynlanm almalarayerverilmitir.ncblmdeasenkronmotorvekontrolnde kullanlanyntemlerincelenmitir.Buamalaotomatikkontroldekullanlan asenkronmotormodelleri,vektrkontrolteorisiveKalmanFiltresizerinde durulmutur.DrdncblmdeMATLAB/SIMULINKyazlmpaketiileDSP 4 kontrolrnayrkzamansimlasyonmodeliveasenkronmotorunsreklizaman simlasyonmodelitasarmzerindedurulmutur.Buamalatezalmasnda kullanlansimlasyonynteminintemelinioluturanSIMULINKCS-Function incelenmitir.BeinciblmdetezprojesindekullanlanTMS320F243tabanl asenkron motor srcs donanm ve yazlm tasarm zerinde durulmutur. Altnc blmde,nerilenDSPtabanlasenkronmotorvektrkontrolyntemininpratikte uygulanabilirliiniaratrmakamacylasimlasyonortamndavepratikteyaplan deneysel almalara yer verilmitir. Yedinci blmde tez almas boyunca varlan kannatler sunulmu, ayrca bu tez almasnda yaplmayp ileride yaplabilecek olan almalarileilgilinerilerdebulunulmutur.Sekizinciblmdeisekullanlan kaynaklara yer verilmitir. Son olarak tezin btnln korumak amacyla tez metni ierisindebulunmayan,ancakburadayaplanalmalardahaanlalrhale getirebilecei dnlen eitli grafikler, emalar ve dosyalar ek olarak sunulmutur. 5 2. KAYNAK ARATIRMASI Bublmde asenkronmakineninvektrkontrolileilgililiteratrdeyer alan, zelliklebutezalmasnnkonusuylailgiliyaynlanmolanalmalarayer verilecektir. Asenkronmakineninyksekperformanslkontrolnntemelivektrkontrol tekniklerinedayanr.Vektrveyaalanaynelikkontrolyntemlerindemakinenin dinamikmodeligerekliolur.Makinedinamikmodelidurumdenklemleriyletemsil edilir. Durum deikeni olarak genellikle stator akm ve rotor aks kullanlr. Vektr kontrolndenbeklenenperformanseldeedebilmekiinncelikledurum deikenlerininvektrelbyklklerininveynlerininkesinolarakbilinmesi gereklidir. Stator akm ve voltaj makine terminallerinden dorudan llebilir. Rotor ve stator aksnn llebilmesi iin ise standart makinelerde bulunmayan yar-iletken Halletkisialglaycsveyayalnzca alanalglaycolarakkullanlanikincilsarglar gereklidir.Tabiiki,budurumdasrcmaliyetiartacaktr.Bunedenle,genellikle literatrdesrcmaliyetininazaltlmasamacyla,rotorveyastatoralan vektrlerininevrim-iiolarakkestirilmesizerindedurulmaktadr.Ancak,bu yntemlerden elde edilen sonularn doruluu makine parametrelerinin kesin olarak bilinmesinebaldr.Dinamikmodeliingerekliparametrelerinmakinezerinde yaplanstandarttestlerilebulunabilmesineramen,normalalmasresincesarg scaklvedemirindoyumugibietkenlerledeimelerimmkndr.Budurumda, hesaplanan durum deikenleri hatal olacaktr ve deien parametrelere gre makine modeliningncellenmesigerekecektir.Literatrdeskakarlalanalma konularndanbiridedeienparametrelerinevrim-iiolarakkestirilmesivebuna gre makine modelinin gncellenmesidir. Blmierisindenceliklekonunundahaiyianlalabilmesiasndan, literatrdebahsigeenvektrkontrolyntemlerineyerverilecektir.Dahasonra makineparametrelerikestirimivedurumkestirimiyntemleriileilgiliyaynlar zetlenmeyeallacaktr.Parametrevedurumkestirimiiingenellikleayn yntemlerkullanlmaktadr.Bunedenleilgiliyntemlerkestirimyntemleriolarak bir balk altnda verileceklerdir. 6 2.1. Vektr Kontrol Yntemleri Vektrkontrolyntemlerinintemelindevektrdnmlerivardr.Statora gredurgunkoordinatsistemindeifadeedilenstatorvoltajveakmvektrleri yneliminyapldalanaaitakvektrnreferanskabuledenyenibirdnen koordinat sisteminde ifade edilebilecek ekilde dnm ilemine tabi tutulurlar.Bu nedenlencelikleyenikoordinatsistemininaniuzaysaldurumununbilinmesi gereklidir.Literatrdegenellikleyneliminyapldalanvebualannuzaysal durumunun bulunma yntemine gre snflandrmalara rastlanmaktadr. Boussak ve Jarraye (2006) gre vektr kontrol teknikleri, dorudan ve dolayl alanvektrynlendirmekontrololarakikisnfaayrlabilir.Aynsnflandrma Bose (1998) tarafndan dolayl (ileri-beslemeli) vektr kontrol ve dorudan (geri-beslemeli) vektr kontrol biiminde yaplmtr. Dorudan kontrol ynteminde alan vektrstatorterminalbyklklerindeneldeedilir.Dolaylkontroldeisealan ynlendirmeninsalanmasiinmakinekaymafrekanskullanlr.Dorudanvektr kontroldemevcutkaymafrekansnnhesaplanmasgerekirken,dolaylvektr kontroldekaymahzsistemereferanskaymahzolarakverilir.Bununanlam, dorudanvektrkontroldeynlendirmeninyapldalannnuzaysaldurumukesin olarak bilinmelidir. Dolayl vektr kontrolde ise ynelimin yapld alannn uzaysal durumuaslndabilinmeyip,alannistenenuzaysaldurumunagrevektr dnmleri yaplr. Bose(1998)tarafndanynlendirmeninyapldalanagrestatoralan ynlendirmekontrolverotoralanynlendirmekontroleklindebir snflandrmayaplmtr.Ancakliteratrdealanynlendirmekontrolveyavektr kontrolterimlerigenelolarakrotoralannaynlendirmekontrolanlamnda kullanlmaktadr. Holtze (2001) gre vektr kontrol iin kullanlan asenkron makine dinamikmodelinioluturandurumdenklemlerindekidurumdeikenleristatoralan ynlendirmekontroliinstatorakmvestatoraks,rotoralanynlendirme kontroliinstatorakmverotoraksolarakseilmelidir.Rotoralannaynelik vektrkontrol,makinedinamiklerindenbamszolarak,havaaralndaistenilen herhangiblgedeveyounluktastatormanyeto-motorkuvvet(mmk)dalm 7 istenildiindeuygulanr.Statoralanna-ynelikvektrkontrolise,hzlbirstator akm kontrol yaplmak istenildiinde uygulanr. Live ark. (2006)grevektr kontrol yntemleri,rotor hznnveya alan aks konumununbelirlenmesiiinalglayckullanlyorisealglayclvektrkontrol aksihaldealglaycszvektrkontroleklindeikisnfaayrlabilir.Burada kullanlanalglaycterimistatorakmvevoltajlarnnllmesiiinkullanlan cihazlaranlamndaolmayp,rotorhzveyakonumunualglayancihazanlamnda kullanlmaktadr.Tabiiki,tmvektrkontrolyntemlerimdestatorakmlarnnve voltajlarnnllmesiiinalglayclarbulunmaldr.Gerektedeikenhzl asenkronmotorsrclerinderotorhzveyakonumalglaycbulunmazisesistem ak-evrimkontrolsistemiolur.Hassaskonumlandrmasistemlerindevektr kontroll asenkron motor kullanlacak ise rotor hz veya konum alglayc bulunmas daha uygun olacaktr(Li, Chiasson, Bosson ve Tolbert 2006). Yukardabahsedilenvektrkontrolteknikleribirbirlerindenayrolarak kullanlmayp,alglaycl/alglaycsz,dolayl/dolayszverotor/statoralan ynlendirme kontrol eklinde birlikte kullanlrlar.2.2. Asenkron Makine iin Parametre ve Durum Kestirimi Yntemleri Sistemteorisinde,kestirimterimigenelolaraksisteminmodelinioluturan durumdenklemlerindekillebilenbyklkleryoluylallebilenbyklklerin tahminedilmesianlamndakullanlmaktadr.Durumdenklemlerindekibyklkler isedurumdeikenleriveparametrelerdir.Teorideparametrelersabitolarakkabul edilirken,gerektedeikendirler.Bunedenledurumdeikenlerininkestirimiiin kullanlanyntemlerparametrekestirimiiinkullanlabilir.Aynekilde, parametre kestirimi iin kullanlan yntemler durum deikeni kestirimi amacyla kullanlabilir. Genelolarakkestirimyntemleri,spektralanaliztabanl,gzetleyici tabanlveModelReferenceAdaptiveSystem(MRAS)tabanlyntemlerolarak grubaayrlabilir.Bunlarndndaparametrelerinvedurumdeikenlerinin dorudanmakinedurumdenklemlerindenhesaplanabildiiyntemlerde gelitirilmitir.Ancakdorudanhesaplamayntemlerigenelliklesistemin kararllnktletirmektedir.Ayrcadolaylolarakmakineparametrelerinin 8 kestirimiiinyntemlerdegelitirilmitir.rnekolaraksargscakllllerek sarg direnci dolayl hesaplanabilmektedir. Toliyat ve ark. (2003) tarafndan asenkron motor parametre kestirim teknikleri iinyukardakinebenzerbirsnflandrmayaplmtr.Ayrcaevrim-dkestirim tekniklerine de deinmileridir. Ancak evrim-d teknikler makine parametrelerinin kestirilmesiamacyladeil,belirlenmesiamacylauygulanrlar.Kestirimteknikleri genellikle almalardabirbirlerinden ayr olarak kullanlmayp, birlikte kullanlarak vektrkontrolnperformansartrlmayaallmaktadr.Bunedenleburada parametrevedurumkestirimikonusundaincelenenkaynaklarbirbalkaltnda verilecektir.Ancakncelikleyaynlardaskabahsedilenyntemleriksaca aklanmaya allacaktr. Tmkestirimyntemlerigenelliklevektrkontroliingerekliverilermakine terminallerinden dorudan llebilen stator akmlarndan ve voltajlarnn analizi ile elde edilir. Ancak stator voltaj kontrolr tarafndan belirlendiinden stator voltajnn llmesiyerineinverterDCbusvoltajnnllmesiyeterlidir.Statorvoltaj byleceinverteranahtarlamasinyalleriveDCbusvoltajnnbilinmesiyle hesaplanabilir.BudurumdavektrkontroliinDCbusvoltajnnvestator akmlarnn llmesi yeterli olacaktr. Spektralanaliztabanlyntemlerdeveriolarakstatorakmlarkullanlr.Bu yntemlerde genellikle Fourier Dnm ile zamandomeninden frekans domenine dntrlr. evrim-ii tekniklerde hesaplama sresi nemli olduundan genellikle Fast Fourier Transformation (FFT) yntemi ile dnm yaplr. Bylece elde edilen frekansdomeniverisindenrotoroluklarnnstatorakmndaoluturduuparazitler aranmayaallr.Ynteminyalnzcarotorhzveaksnnkestirimiiin kullanlabileceiaktr.Parametrekestirimiiinuygundeildir.Buyntemi dierlerindenayrantarafmakinemodelineihtiyaduymamasdr.Spektralanaliz tabanl yntemler parametre deiimlerden etkilenmez (Toliyat, Levi ve Raina 2003). Gzetleyicitabanlyntemlerdemakineparametrelerininvedinamik modelinintamolarakbilinmesigereklidir.Buyntemmakinemodelikullanarak llebilenmakinegiriveklaryardmylallemeyendurumdeikenlerinin hesaplanmasnadayanr.Herkontrolevrimindemakinegiriveklarllerek durumdeikenlerigncellenir.Buyntemilemakineterminallerindendorudan 9 llemeyenparametrelerinkestirimideyaplabilir.Ynteminperformansmakine modelinin ve parametrelerinin doruluuna baldr. Gzetleyici algoritma olarak en sk kullanlan yntem Kalman Filtresinin (KF) dorusalolmayansistemleriindeitirilmibiimiolanGeniletilmiKalman Filtresi (Extended Kalman Filter EKF) kullanlr. KF ilk olarak 1960 ylnda R. E. Kalmantarafndanayrkverilerinfiltrelenmesinetekrarlamalbirzmolarak ortayaatlmtrvebirokuygulamaalanbulmutur(WelchveBishop2002). Meybecke (1979)gre ise KF bir optimal tekrarlamal veri ileme algoritmas olup sistem ve lm eleman grltleri ile birlikte lm elemanndan alnan verilerden llemeyenverilerieldeetmekamacylakullanlr,yaniKFkestirimamacyla kullanlabilir.KFileparametrevelmgrltlerifiltreedilebilir.Filtreninayrk veriler iin nerilmesinden de anlalaca gibi saysal iaret ilemeye yneliktir. Bu nedenle,DSPlerindegelimesiylebirlikte,filtrepratikteuygulanabilirhalegelmi, vevektrkontrollasenkronmakinesrclerindedeparametredzeltilmesive rotor hz kestirimi amacyla kullanlmtr. ModelReferenceAdaptiveSystem(MRAS)tabanlkestirimyntemi gzetleyicitabanlyntemebenzer.AncakMRAStabanlyntemiinikimodel kullanlr. Modellerden biri referans model olarak adlandrlr. Bu model giri olarak llebilendurumdeikenlerivemakinegirilerikullanlr.Diermodeladaptif modelolarakadlandrlr.Bumodelisegiriolarakllebilenvellemeyen durumdeikenleriveyaparametrelerigiriolarakkullanlr.Herikimodelink ayndurumdeikeniolmaldr.Ayndurumdeikeniiinherikimodeldenelde edilendeerlerarasndakifarkbiradaptasyonmekanizmasyoluylaadaptifmodele giri olarak verilen, llemeyen durum deikeni veya parametrenin gncellenmesi amacyla kullanlr. MRASkestirimyntemiparametredeiimlerinekaroldukahassastr. zellikle dk ve sfra yakn rotor hzlarnda sistemi kararszla gtrr (Bose ve Patel1998).Ayrcareferansmodelak-evrimintegrasyonlarierir.Ak-evrim integrasyonlarisesrklenmeeilimindedirler.Srklenmegenelliklellen deerlerdekiDCbileenlervedierlmgrltlerindenkaynaklanr.Bunun anlam,srklenmeilesimlasyonalmalarndadeil,pratikuygulamalarda karlalabilir, ve dzeltilmez ise kontrol sistemini karaszla gtrr.10 YukardakiyntemlerindndaYapaySinirA(YSA)vebulankmantk (FuzzyLogicFL)gibiyapayzeka(ArtificialInteligenceAI)yntemlerive Genetik Algoritmalar (GA) kestirim amacyla kullanlmaktadr. Ancak bu yntemler genellikleyukardabahsedilendieryntemlerinperformansnartrmakamacyla kullanlmaktadrlar.Aadabahsedilenkestirimyntemleriileilgililiteratrdeyer alan kaynaklar zetlenmeye alacaktr.BosevePatele(1998)greyksekrotorhzlarndaparametredeiimleri sonucaihmaledilebilirbiretkiyaparken,okdkrotorhzlarndaztemknn statorsargdirencindedengerilimegrekkolmasndandolaybuetkiihmal edilemez dzeyde olur. Bu nedenle zellikle, stator sarg direncinin evrim-ii olarak dzeltilmesigerekliolur.Diermakineparametrelerindekideiimlerinetkileriise ihmaledilebilecekdzeydedir.Busorunazmolarakstatorsargdirencinin evrim-ii olarak kestirimini salayan yar-bulank bir yntem nermiledir. nerilen yntemdedorudandirendeerikestirimiyaplmayp,statorakmvefrekansna dayanlarakbulankbiryntemlencestatorscaklkestirilerek,eldeedilen scaklkdeeriyardmylastatordirencininyenideerihesaplanmaktadr.Statoruna scaklkalglayclarbalanm5hpgcndekibirasenkronmakinezerinde yaplan simlasyon ve deney almalarnda olduka iyi sonular elde edilmitir. Faizveark.(1999)tarafndanelektrikliulamsistemleriiinnerilenstator akmvegerilimlerindenyararlananbakabiryntemdestatorverotordirenleri dorudanhesaplanabilmektedir.Ancak,BosevePatel(1998)tarafndannerilen yar-bulank ynteme gre daha fazla hesap gerektirmektedir. Kubota ve ark. (1994) tarafndannerilenbakabiryntemdeyinestatordirencidorudan hesaplanabilmektedir (Holtz 2001). Ancak bu yntemle stator direncinin belirlenmesi 1.4 s gibi bir gecikmeyle olmaktadr. ChaoveLiaw(2000)tarafndanModelReferenceAdaptiveSystem(MRAS) rotorhzkestirmeynteminemakineparametrelerininetkisigenibirekilde incelenmitir.Buincelemedehzkestirmeileminindoruluunaenoketkieden makineparametresininstatoretkindirenciolduugrlmveMRAShz kestirmenindoruluunuartrmakiinstatoretkindirencinidzelterekmakine modelini gncelleyen ek bir sistem nerilmitir. Variable Structure System (VSS) ad verilenbusistemPIreglatrkndanalmolduukestirilenhzsinyalinigiri 11 olarakalp,bunagre,statordirencinidzelterekreferanssistemevermektedir. eitlirotorhzlarndayaplansimlasyonalmalarndanoldukaiyisonular alnmtr. Bharadwajveark.(1999)tarafndanasenkronmakineninhzkestirimiiin Yapay Sinir A (YSA)ieren bir yntem nerilmitir. Bu yntem rotoroluklarnn statorakmzerindeoluturduuharmoniklerinaranmasnadayanmaktadr.Stator akmiaretiYSAtabanlbiradaptifdurumfiltresiyleilenerekistenilenrotorhz eldeedilmeyeallmaktadr.DurumfiltresiKalmanFiltresiprensiplerine dayanmaktadr.Filtreninayarlanmas,yaniYSAnneitilmesiiindurgundurumda 12-13verievrimigerekmektedir.3hpgcndekiasenkronmakinezerinde, dengelivedengesizgkayna,normalvekrkrotorubuklar,vedeiikyk durumlariindenemeleryaplmtr.Budeiikdurumlariinyaklak%0-10 arasnda deien hatalarla hz kestirimi yaplabildii grlmektedir. Zidanveark.(2000)tarafndannerilenbiryntemilerotorhzdorudan hesaplanabilmektedir.Yntemzellikle,DSPuygulamalarnaynelikolup,makine modelinioluturandurumdenklemleriayrkbiimdedzenlenmitir.0.75kW gcndekibirasenkronmakinezerindeyaplandenemelervesimlasyon almalar,hem1.0mshemde0.25msrneklemeperiyotlariinyaplmtr.Bu rneklemeperiyotlarndarotoraksvednmehznndeimediikabuledilerek eitliklerdzenlenmitir.okkkrotorhzlarnda,rotoralanasnndorudan hesaplanmassrasndasfrablmeolumaktadrvenerilenyntemilebudurum almaktadr.Hemyksekrotorhzlarnda,hemdekkrotorhzlarndayaplan denemelervesimlasyonalmalarsonucunda,nerilenynteminpratik uygulamalar iin uygun olduunu bildirmilerdir. Rotor hznn MRAS yntemi ile kestiriminde genellikle model klar olarak rotorakskullanlmaktadr.Mohan(2001)tarafndanrotoraksnnkk deerlerdeolmasvekestirmeileminindoruluununaznedeniyle,rotoraks yerinedahayksekdeerlerdeolanztemknnkullanlmasnerilmitir.3hp gcndekibirasenkronmakinezerinde,yolalma,ykmomentinindeimesive rotorbiryndednerkendierynedoruverilenhzkomutunaolancevabiin simlasyonlaryaplmvepratikteuygulanabilirolduugrlmtr.Ancakpratik 12 uygulamaverilmemitir.Gerektedkhzlardaztemksfrayaklar.Bu yntemin anma hzna yakn hzlarda alabilecei aktr. Ouhrouce(2002)tarafndanEKFtabanlbirkestirimynteminerilmitir. Makinenintemel frekanstafazlsinsoidalbirkaynakilebeslenmesidurumunda rotorhznnvedirencininezamanlolarakkestirilmesimmkndeildir.Ancak, nerilenyntemile5.derecedenbirmakinemodeliyardmyla,herikideikene zamanlkestirilebilmektedir.Buyntemdeasenkronmakineninmodeliayrk biimdedirvegrltytemsiledenrasgelevektrlerierir.Yaplansimlasyon almalarndan,yolalmasrecidndaoldukaiyisonularalnmtr.Ayrca, dk hzlarda da alabildii grlmtr. Uygulama verilmemitir. EKFtabanlkestirimyntemindekullanlanmakinemodelindedurum deikeniolarakgenelliklestatorakmlarverotorakskullanlr.Herbirdurum deikeni reel ve imajiner bileenlerden oluur. Bylece her durum deikeni iin iki durum denklemi gerekli olur. Rotor hznn kestirimi amacyla bir durum denklemine daha ihtiya duyulur. Bu nedenle 5. dereceden makine modeli kullanlmaldr. Bunun anlamEKFalgoritmalariin5x5boyutundamatrislerarasndailemlerinyerine getirilmesigerektiidir.Buisekontrolrnoldukafazlahesaplamakapasitesine sahip olmas gerektiini gsterir. GeveFenge(2000)greEKFiinkullanlanmakinemodelininderecesi drlebilir.Gerektemakinemodelinioluturandurumdenklemlerindebulunan stator akm llebilir durumdadr. Bu nedenle kestirilmesine gerek yoktur. Bylece durumdenklemlerimodeldenkarlabilir.Ancakbununsonucundastatorakm lmgrltleriEKFtarafndanfiltreedilmemiolacaktr.Sisteminuygulanabilir olduusimlasyonvedeneyselolarakispatlanmtr.UygulamatasarmndaEKF algoritmasiinbirDSPvevektrkontrolriinbirmikroilemcikullanld grlmektedir.kiilemcikullanlmasdurumundavektrkontrollsrcnn maliyetinin artaca aktr. Hilairetveark.(2000)tarafndannerilenbakabirEKFtabanlkestirim yntemindeEKFiinkullanlanmakinemodelininderecesinidrmeden hesaplamasresiniksaltacakbiryolnerilmitir.Yntemmakinemodelini oluturanmatrisinsimetrikolmasnadayanr.Budurumdamatrisilemlerinde simetridendolaytekrarlanmaktadr.nerilenyntemdetekrarlananilemlertespit 13 edilerektekrarhesaplanmasnlenmektedir.Byleceilemcihesaplama kapasitesinin verimli olarak kullanlmaktadr. Bu ekilde 503 arpma ve 428 toplama ileminden oluan bir EKF algoritmas 205 arpma ve 137 toplama ilemi ile yerine getirilebilmektedir. EKFalgoritmasnnperformansgrltmatrislerininuygunolarak seilmesinebaldr.Grltmatrislerilmlerevekestirimlerenekadar gvenileceinibelirler.Sistemgrltseviyesiilebilgilermevcutisematrislerin belirlenmesi kolaydr. Ancak deneme yntemiyle uygun matrisler seilebilir. Shiveark.(2002)tarafndanrotorhznnkestirilmesiamacylakullanlacak birEKFkestirimalgoritmasnnGAileoptimizesalayanbiryntemnerilmitir. GAalgoritmasevrimdolarakkullanlmaktadr.ncemakinetestiin altrlarakstatorakm,statorvoltajverotorhzsaklanmaktadr.Dahasonrabu verileryardmylaEKFgrltmatrislerioluturulmaktadr.Eldeedilengrlt matrisleri vektr kontrolrde kullanlmakta ve EKFnin performans incelenmektedir. BuekildeV/Hzvevektrkontroliinyaplantestlerdenuygunsonularelde edilmitir. MRAS rotor hz kestirim ynteminde genellikle referansmodel girileri stator akmvevoltaj,adaptifmodelingirileriisestatorakmverotorhzkullanlr. Modelklariserotoraksdr.Adaptasyonmekanizmasilegerekleenakile kestirilen ak arasndaki fark sfr olacak ekilde adaptif model girii olan rotor hzn gnceller. Bylece rotor hz kestirilmi olur. KojabadiveChang(2002)tarafndanrotorhzveaksilestatordirencinin kestirilmesiiinfarklbirMRASkestirimynteminerilmitir.YntemMRAS AdaptivePseudo-reducedFluxObserver(APFO)olarakadlandrlmaktadr.APFO ileakdorudankestirilmemektedir.Bununyerinestatorakmkestirilmektedir. Statorakmdorudanllebildiindenreferansmodeleihtiyaduyulmamaktadr. Dahasonrakestirilenstatorakmkullanlarakrotorakshesaplanmaktadr. Hesaplanmadakestirilenstatorakmkullanldndanhesaplanandeerderotor aksnn kestirilmi deeri olacaktr. Ancak bu kestirimler iin rotor hznn bilinmesi gerekmektedir.RotorhznnkestirimiiinayrbirMRASkullanlmaktadr.Bu MRAS iin APFO ile kestirilmi rotor aks ve kestirilen stator akm ile gerekleen statorakmarasndakihatakullanlmaktadr.Ayrcareaktifgtabanlbakabir 14 sistemstatordirencininkestirimiamacylakullanlmaktadr.Sisteminkararlln salamakiinPopovveLyapunovkriterlerikullanlmtr.nerilensistem simlasyonortamndavedeneyselolaraktestedilmi,sfrahzdananmahzna kadar tm hzlarda alabilir olduu kantlanmtr. Bharadwajveark.(2003)tarafndannerilenspektral analizynteminde EKF tabanl bir hz filtresi YSA ile oluturulmaya allmtr. Yntem rotor akmlarnn statorsarglarndaoluturduuharmonikakmlarnfiltrelenmesinedayanmaktadr. YSA ile oluturulmak istenen filtre Parlos ve ark. (1999) tarafndan EKF prensipleri kullanlarak gelitirilen adaptif durum filtresidir. YSAnn eitilmesi iin gerekli veri motor akmnn 10 evrimi kaydedilmektedir. Bu veriler daha sonra 0.5 aralnda leklenmektedir.FiltreadetYSAdanolumaktadr.lkYSAkestirilenhzile statorvoltajnkullanarakakmkestirimiyapar.kinciYSAdagerekleenakm, kestirilenhzvestatorvoltajyardmylahzkestirimiyapar.ncYSAise gerekleenakmilekestirilenakmarasndaoluanhatayagrekestirilenhz dzeltipgncellemektedir.nerilensistemsalamvekrkrotorlumotoriletest edilmi ve %1.1 2.9 hata ile rotor hznn kestirilebildii rapor edilmitir. Toqeer ve Bayndr (2003) tarafndan nerilen baka bir YSA tabanl sistemde Jordan-ElmanNeuralNetwork(ENN)kullanlmtr.Sistemmakinemodeline dayanmaktadr. ENN hem gerekleen ve istenen akmlar ile birlikte stator voltajlar daveriolarakkullanmaktadr.Sistemingeerliliiyalnzcasimlasyoniletest edilmitir. Gerekleen hz ile kestirilen hz iin verilen grafikten kestirimde yaplan hatann kk olduu anlalmaktadr. Guzinskiveark.(2003)alglaycszvektrkontroliinoldukafarklve dkmaliyetlibiryntemnermilerdir.Makineninretmiolduutorkstator akmverotoraksarasndakiaylaorantldr.Buannkontroliinbirfaz kilitlrmeevrimikullanlmaktadr.Genelliklemakinemodelinioluturandurum denklemlerindeki durum deikenleri stator akm ve rotor aks olurken, burada fakl durum denklemleri kullanmladr. Bu yntem de ise srasyla rotor asal hz, stator akm ile rotor aksnn skaler ve vektrel arpmlar ve rotor aksnn karesidir. Rotor hzkestirimigzetleyicitabanldr.Referansolarakhzdeiltorkileorantlolan statorakmilerotoraksarasndakiakullanlmaktadr.Uygulanabilirlii simlasyon ortamnda ve deneysel olarak kantlanmtr. 15 Koubaa(2004)tarafndanmakineparametrelerininkestirimiamacyla kullanlacakbiryntemdeMRASvetekrarlamalenazkareler(RecursiveLeast SquareRLS)yntemibirliktekullanlmaktadr.GelenekselMRASyntemde adaptasyonmekanizmasolarakoransal-integral(Proportional-IntegralPI) reglatrkullanlrkenburadaRLSkullanlmaktadr.Tekrarlamalolmasasndan EKFyebenzer.Adaptifmakinemodeliilereferansmakinemodelininklarnn karlatrlmasndaneldeedilenhatayardmylaRLStabanlsistemkullanlarak parametrelerkestirilmekteveadaptifmodelgncellenmektedir.nerilenyntemin uygulanabilirlii simlasyon ortamnda ve deneysel olarak kantlanmtr. Beguenaneveark.(2006)tarafndannerilendorudanvektrkontrol sistemindeakkestirimiiinEKFvehzkestirimiiinMRASkullanlmaktadr. nerilensistemdkrotorhzlarndasrcperformansnartrmayamalar. Bunun iin kestirimin doruluunda en byk etkiye sahip makine parametresi olan statorsargdirencideMRASilekestirilmeyeallmaktadr.nerilensistem simlasyon ortamnda test edilmitir. Ar yk artlar altnda 0-150 d/dk. arasndaki hzlardayaplansimlasyonlardamaksimumhata%10olmaktadr.30d/dk.gibi dk hzlar civarnda kestirim hatas %5i amamaktadr. VaclavecveBlaha(2006)tarafndanalglaycszvektrkontrolndehz kestirimiamacylakullanlmakzereLyapunov-FonksiyonutabanlEKFdurum gzetleyicisikullanlanbiryntemnerilmitir.Ayrcaayngzetleyiciilemakine parametrelerininkestirimiamacyladakullanlmaktadr.Lyapunov-Fonksiyonu yardmylaEKFkazanlargncellenmektedir.DSPtabanlsrczerindeyaplan deneyselalmalarsonucunda20d/dkgibikkhzlardasisteminkararlln koruduu rapor edilmitir. Liveark.(2006)tarafndanasenkronmakinehzkestirimiiindiferansiyel-aritmetikyaklamkullanlmaktadr.Makinemodelinioluturandurum denklemlerinintekrartrevialnarakdurumdeikenlerininikincidereceden trevleridekullanlmaktadr.Kararllnsalanmasamacyladurumgzetleyici nerilmitir.Ynteminoldukakarmakhesaplamalargerektirdiianlalmaktadr. Yalnzcasimlasyonortamndatestleryaplmtr.3rad/scivarndakirotor hzlarndasisteminalabildiiraporedilmitir.Gerekortamdauygulama yaplmamtr. 16 3. ASENKRON MAKNE VE KONTROL ELEMANLARI 3.1. Genel Asenkron Makine Kontrol Sistemi Buksmdakontrolsistemiilevselbloklareklindegenelolarakanlatlmaya allacaktr.ekil3.1degrldgibikontrolsistemiDSPdenetleyici,g elektronii,lmlerinyapldblokveasenkronmakinedenolumaktadr.Rotor hzvekonumuveyaalankonumukestirimyntemleriilebulunmaya allacandanmakinedenherhangibirmekanikselalglaycyardmyla denetleyiciyegeribeslemebulunmamaktadr.Bunedenlebudngkesikliizgiile gsterilmitir.Asenkronmakineninreferansalmahzsistemekomutolarak girilmektedir. DenetleyiciblouDSPdenetleyiciiermektedir.Buksmdageribesleme sinyalleri ve referans hz sinyali deerlendirilerek, g elektronii blou iin gerekli sinyallerretilmektedir.Hzalglaycsbulunmasdurumundaalglaycdangelen sinyalleryardmyla,bulunmamasdurumundaise,llenakmvegerilimler yardmylamakineninbelirlibirandahzbulunmayaallmaktadr.Ayrca,akm vegerilimdeerlerininmakineyezararverecekekildealmamasiingerekli kontrollerdebublokierisindeyaplmaktadr.BublounkPWMsinyalleri eklindedir. DENETLEYC G ELEKTRON VE LMLER ASENKRON MAKNE AKIM VE GERLM LMLER HIZ GER BESLEMES ekil 3.1 Genel asenkron makine kontrol sistemi REFERANS HIZ 17 Gelektroniivelmlerinyapldblokganahtarlarvelm ykselteleri iermektedir. Makine akm ve gerilim sinyalleri, ierdii bilgilere zarar vermeyecekekildefiltrelemeileminevedenetleyicibloundakianalogdijital dntrclereuygunvoltajdeerlerinekoullamaileminetabitutulur.Builem lmykselteleritarafndanyaplmaktadr.Gelektronii,IGBTieren-fazl tam-kprPWMinverterdevresindenolumaktadr.IGBTleryksekanahtarlama frekansna uygun olarak seilmilerdir. Ayrca, gerekli DC voltaj, bu blok ierisinde basit bir ekilde kpr dorultucu devresiyardmyla elde edilir. Yine ACkaynakta oluabilecekpikeklindekianiykselmelerdensistemikoruyacakbirfiltrede mevcuttur. Bu bloun k asenkron makine iin gerekli deerlerdeki -fazl voltaj sinyalidir. Hz alglaycsnn bulunmad durumda, asenkron makinenin yalnzca nceki blokla balants vardr. Bu durumda kontrol iin hem voltaj, hem de akmlar gerekli olmaktadr. Dier durumda ise kontrol iin hz sinyali ve makinenin ektii akmlar yeterli olmaktadr. 3.2. Asenkron Makine Birasenkronmakinealternatifakmmakinesidir.Sincap-kafeslirotorluve sarglrotorluolmakzereikiasenkronmakinetipivardr.Enucuzveenyaygn kullanlantrsincap-kafesliasenkronmakinedir.Butezalmasndakullanlan makinede-fazlbirsincap-kafesasenkronmakinedir.ekil3.2desincap-kafes asenkronmakineninyapsbasitletirilmibiimdegsterilmitir.Makineekilde grld gibi, durgun ksm olan stator ve hareketli ksm olan rotor olmak zere iki temelparadanoluur.Stator,silindirikmakinegvdesiierisindekioluklara birbirlerinegre120aralklarlayerletirilmiadetsargdanoluur.Rotorise ularbireriletkenhalkailebirletirilmisincapkafesinebenzeyenbakr ubuklardan oluur. Statorsarglarna-fazlsinzoidalvoltajuygulandndamakineierisinde dner bir manyetik alan meydana gelir. Dner alann hz statora uygulanan kaynan frekansnabaldrvesenkronhzveyaelektrikselhzolarakadlandrlr.Budner manyetik alan rotor ubuklarnda bir gerilim indklenmesine sebep olur. Bu durumda 18 rotor da yine dnen bir manyetik alan meydana getirir. Meydana gelen iki manyetik alanbirbirleriyleetkileerekrotorudndrecekekildebirmomentmeydana getirirler.Rotorhzsenkronhzayaklatka,statormanyetikalannnrotor ubuklarn kesme hz azalacandan, ubuklarda indklenen gerilim de azalacaktr. Budurumdadndrmemomentideazalr.Pratiktehibirzamanrotorhzsenkron hzaulaamaz.Makine,asenkronisminideburadanalr.Rotor,ykvedierrotor kayplarnkarlayacakbirkaymailednmelidir.Buradakaymasenkronhzile rotor mekanik hz arasndaki fark anlamndadr. Asenkronmakinehemelektriksel,hemdemekanikbircihazdr.Analizve tasarmiinpratikte,ekil3.3teverilenbir-fazedeerdevrelerikullanlr.Bu devreler,makinenindurgundurumdakizellikleriniierirler.Ancakvektr kontrolneuygundeillerdir.Vektrkontroliinuygunbirmakinemodelisonraki ksmlarda incelenecektir. Ayrca bu tez almasnda kullanlan makinenin deerleri Tablo 3.1de verilmitir. d A1 C1 C2 B1 B2 A2 q ekil 3.2 Sincap-kafes asenkron makinenin ematik gsterimi RsLlsRr/sLlr Lm Vs Is ekil 3.3 Sincap-kafes asenkron makine durgun-durum bir-faz edeer devresi Ir 19 Tablo 3.1 Tez projesinde kullanlan asenkron makinenin deerleri Makine Anma Deerleri Anma gcPn = 750 W Anma voltajVn = 220 Vrms (faz) Anma AkmIn = 1.9 Arms Anma frekansfn = 50 Hz Anma hzn = 1395 d/dak. Kutup saysp = 4 Kaymas = 0.07 Anma MomentiTn = 5.134 Nm Edeer Devre Parametreleri Stator direncirs = 9.9 Rotor direncirr = 12.345 Ortak indktanslm = 0.590 H Stator indktansls = 0.661 H Rotor indktanslr = 0.661 H 3.2.1 Dinamik Makine Modeli Dahancevektrkontroliinasenkronmakinenindinamikmodeliningerekli olduundanbahsedilmiti.Bublmdeasenkronmakinedinamikmodeli oluturulmaya allacaktr. ekil3.4teasenkronmakinenintransformatrebenzeyenedeerdevresi verilmitir.stindislerelemannhangireferansyapyagredeerlendirildiini gstermektedir. ekil 3.4e gre stator sarglarndan geen toplam ak stator referans yapya gre,

vss iss ekil 3.4 Sincap-kafes asenkron makine bir-faz dinamik edeer devresi vrr irr rss rrr lsslrr NsNr ssrr m 20 smslsss + = (3.1) eklindeyazlabilir.Buradastindissstatorreferansyapy,eitliinsol tarafndakiterimstatoraksn,eitliinsatarafndakibirinciterimstatorkaak aksn, ikinci terim ortak aky temsil etmektedir. Benzer ekilde rotor sarglarndan geen toplam ak da, smslrsr + = (3.2) eklindeyazlabilir.Buradaeitliinsoltarafndakiterimrotoraksn,eitliinsa tarafndaki birinci terim ise rotor kaak aksn temsil eder. Karlkl indktansn lms olmas halindeortak ak, srsmsssmsmi l i l + = (3.3) buradaissveveirssrasylastatorreferansyapyagrestatorverotorsarglarndan geen akmlardr. Kaak aklar ise srasyla, )` = =srslrsirssslsslsi li l(3.4) buradallsvellrsrasylastatorreferansyapyagrestatorverotorkaak indktanslardr.Denklem3.3vedenklem3.4denklem3.1vedenklem3.2de yerlerine yazlrsa stator aks, srsmsssssssrsmsssmssslsssi l i li l i l i l + = + + =(3.5) benzer ekilde rotor aks srsrsssmsri l i l + = (3.6) biiminde elde edilir. Burada lss = llss+ lms ve lrs = llrs+ lms olduu aktr. Basitlik asndan tm elemanlar statora gre ifade edildiinden devre parametrelerindeki st indis s denklemlerde gsterilmezse son iki eitlik,)` + = + =sr rss msrsr mss sssi l i li l i l(3.7) eklindegsterilebilir.Bylecekendireferansyaplarnagreekil3.4deki devrenin voltaj denklemleri, 21 )`+ =+ =rrrrrrrrssss sssdtdi r vdtdi r v(3.8) eklindeyazlabilir.Buradastindisrrotorreferansyapytemsileder.ncelikle statorreferansyapdenklemlerioluturulursadenklem3.8dekibirincieitlikle uramaya gerek kalmaz. Ancak ikinci denklemin stator referans yapya aktarlmas gerekir. ekil 3.4te stator ve rotor sarm saylar srasyla Ns ve Nr iin sarm oran, rsNN= (3.9) olsun.Transformatrlerdebirempedansnikifarklreferansyapdakideerlerinin oran dnm orannn karesi ile ayndr. Buna gre rotor direnci iin, rrrr r21=(3.10) yazlabilir. Rotorun belirli bir anda statordan r kadar ileride olduunu kabul edelim. Ayrca, rrdtd= (3.11) olsun.Buradarrotorasalhzdr.Statordanrkadarilerideolanbirreferans yapdakivektrleristatoraaktarmakiinbuvektrlerinejrile arplmas yeterlidir. Bunagresarmoranilikisidekullanlarakakm,voltajveakvektrlerirotor referans yapdan stator referans yapya, )` = ==rrj srrrj srrrjsrrrrev e viei (3.12) biimindeaktarlabilir.Denklem3.10vedenklem3.12,denklem3.8deyerine yazlrsa, sr rsrsr rsrjdtdi r v + = (3.13) elde edilir. Bylece voltaj eitlikleri, 22 )` + =+ =sr rsrsr rrrssss sssjdtdi r vdtdi r v (3.14) biiminde tm deerler stator referans yapda olmak zere yeniden yazlabilir. imdi ilemleribiradmdahaileriyegtrpeitlikleriherhangibirreferansyapdaifade etmeyealalm.Herhangibirreferansyapnnherhangibirandadurgunstatorile yapt a k olsun, ve asal hz, dtdkk = (3.15) olsun.Dahancerotorreferansyapdanstatorreferansyapyayaplanvektr dnmlerine benzer ekilde statordaki bir As vektr iin, kj k se A A = (3.16) yazlabilir. Bylece stator referans yapdaki stator ve rotor voltaj eitlikleri statordan k kadar ileride olan herhangi bir referans yapda, ( ) )` + + =+ + =kr r kkrkr rkrks kksks sksjdtdi r vjdtdi r v (3.17) biimindeifadeedilebilir.Ayrcadenklem3.7ileverilenakeitlikleridebenzer ekilde statordan k kadar ileride olan herhangi bir referans yapda, )` + = + =kr rks mkrkr mks sksi l i li l i l(3.18) eklinde ifade edilebilir. Denklem 3.18den isk ve irk zlrse, ( ) ( )( ) ( ))` = =kr sks m r s mkrkr mks r m r sksl l l l l il l l l l i 1212(3.19) eitliklerieldeedilir.Denklem3.17,3.18ve3.19makineninelektrikselmodelini oluturur.Ayrcasincapkafesdurumundarotorksadevreolduundanvrk=0 alnmaldr. imditammakinemodelinieldeetmekiintorkdenklemindenrnin bulunmas gereklidir. Genel olarak makinenin retmi olduu tork, ( )*Im2 23krksrmeill pT = (3.20) 23 ileverilir.Buradapkutupsays,vestindis*vektrnkomplekseleniini temsil eder. Rotor mekaniksel hz ise, L e rmT TdtdJ = (3.21) eitliindenbulunabilir.BuradaJataletmomentini,TLyktorkunu,rmrotor mekaniksel asal hzn temsil eder. rm = (2/p) r yazlrsa, ( )L epJ rT Tdtd =21 (3.22) eklinderotorelektrikselasalhzbulunabilir.Denklem3.20,21,22makinenin mekaniksel modelini oluturur. Budenklemlermakineninherhangibirreferansyapdamodellenebilmesiiin yeterlidir. Stator referans yap iin k = 0, rotor referans yap iin k = r konulmas yeterliolacaktr.Ayrcadnmsrasndastatorreferansyapiinskverotor referans yap iin rk yazlmaldr. Akm, gerilim ve aklarn dnm iin gerekli eitlikler denklem 3.12de verilmitir. 3.2.2 Birim Srekli-Zaman Dinamik Makine Modeli Buksmdamakineninbirimdinamikmodelioluturulmayaallacaktr. nceki ksmda elde edilen makine modeli eitlikleri simlasyon yazlm iin uygun olsalarbile,DSPyazlmndakullanlmalarmmkndeildir.DSPierisinde ondalksaylardorudangsterilememektedir.BuprojedekullanlanDSPsabit-noktalolarakisimlendirilmektedir.Saylarbasite4.12formatndagsterilmekte olup,ensoldakiilkbitsaynniaretini,sonraki3bitsaynntamksmn,vekalan 12bitondalkksmngstermekamacylakullanlmaktadr.Budurumda yazlabileceksaylar(8-8]aralndakalmaktadr.Bylecebuaralkdndadeer alanmakinedeikenlerinibusistemdeifadeedilmelerimmknolmayacaktr.Bu durumuaabilmekiinbirimmakinemodelindenyararlanlacaktr.Birimmakine modelinbasiteherbirmakinedeikenikendianmadeerineblnerek leklendirilmektedir,vebylecedeikeninalacadeerler1.0civarnda olacaktr. 24 ncelikle her bir makine deikenini uzay vektr olarak kabul edelim, ve her bir deikeni ekil3.5te gsterildiigibi d ve q bileenlerineayralm. Burada d reel eksen q imajiner ekseni temsil etmektedir. Bu durumda bir A vektr dik koordinatlar sisteminde, kqkdkA j A A + = (3.23) biimindegsterilebilir.Verileneitliktealtindisdveqsrasylavektrnreel ve imajiner bileenini, st indis k referans yapy temsil eder.Buaklamalaragredenklem3.17-3.18-3.20-3.22deverileneitliklerden statorakm,rotoraks,verotorelektrikselasalhzzlecekolursastator referans yap iin, ( ))`|||

\| =+ = +|||

\| =Lsrssrmrsr r rrssrsrsr rr r sm srr r sm ssr r smss ssT ill pjpdtdj ilmdtdl lljl llil lllridtd*2Im2 23 121 (3.24) biiminde srekli-zaman dinamik denklemleri elde edilir. Burada = 1 - lm2/(lslr), ve r=lr/rrrotorzamansabitidir.Budenklemlersimlasyonyazlmiinyeterlidir. Ancakdenetleyiciiinbirimeitliklerbulunmaldr.Tasarlanansisteminhem simlasyon hem de gerekletirme aamalarnda birim sistem kullanlacaktr. imdibirimsistemioluturacakolantemeldeerlerbelirlenecektir.Temel deerler, Ak d q Adk Aqk ekil 3.5 k referans yapsndaki bir vektrn bu referans yapya gre bileenleri 25 )` = = =n bn bn bfI IV V 222(3.25) biiminde tanmlanr. Bu temel deerlerden, )`===bb bbbbbbbbI VTIVZV23(3.26) biiminde tretilmi temel deerler elde edilir. Buna gre deikenler birim olarak, )`=====bbbbbTTTVVvIIi (3.27) biimindebirimolarakifadeedilebilir.Ayrcadenklemlerdebulunansabitlerinde birim sisteme gre, )`======bs bsigbm bmbr brbs bsbrrbssZlxZlxZlxZlxZrrZrr (3.28) biimindegncellenmelidir.Bylece,denklem3.24birimsistemdestatorreferans yapda d ve q bileenlerine ayrldnda, 26 ( ))` = + = =+ + + =+ + + =mLrq sd rd sqr mmrrqrd b sqrmrqrq brrdsdrm rdsqsigbrrqr sigmrd br sigmSsq sqsdsigbrq br sigmrrdr sigmSsd sdTTi ix TxpdtdTiTxdtdTiTxdtdvx T x xxx xxTidtdivx x xxT x xxTidtdi 222(3.29) biimindeeldeedilir.Burada,basitlikasndan,btndeikenlerinstatorreferans yapdaolmasnedeniylestindisleryazlmamtr.Ayrca,buradagsterimi basitletirmek amacyla, )`==|||

\|+ =bbmb rrrr r sigmsigb sSTpJTrxTT x xxxrT2122(3.30) eklinde ksaltmalar yaplmtr. 3.2.3 Srekli ve Ayrk Zaman Birim Durum Uzay Makine Modeli Bilindiigibisistemteorisinde,sisteminkarakteristiklerininbelirlenebilmesi iin sistem durumdenklemleri gerekli olur. Bunun iin, sistemdeki baz deikenler durum deikeni olarak kabul edilir ve sistem bir matris eitlii eklinde ifade edilir. Buksmdamakineiinbirimsrekli-zaman,denetleyiciiinbirimayrkzaman durum uzay oluturulmaya allacaktr. Denklem3.29dakiasenkronmakinemodelinioluturaneitlikler incelendiindesistemdeikenlerininarpmeklindeterimlerierdiigrlr.Bu durumdasistemenon-lineersistemdenir.Deikenlerinarpmeklindeterimler yok ise lineer sistem olur. Bir non-lineer durum uzay, 27 [ ])`==) ( ) (), ( ), (t Cx t yt t u t x gdtdx(3.31) biiminde ifade edilebilir. Burada, x durum matrisi, y k matrisi ve u giritir. C ise katsay matrisidir. Asenkron makine iin bu matrisler, ( )( )( ))`===2 1x x yi i xv v uTrq rd sq sdTsq sd (3.32) eklinde seilebilir. Bylece, makine srekli-zaman birim durum uzay eitlikleri,

( ))`== = + = =+ + + =+ + + =2 21 14 1 3 2545 3 245 4313245 322 21 5 4321 12x yx yTTx x x xx TxpdtdxTxx x xTxdtdxx xTxxTxdtdxux Txx xxx xx xxTxdtdxuxx xx xxTxx xxTxdtdxmLr mmrbrmbr rmsigbr r sigmbr sigmSsigbbr sigmr r sigmS(3.33) eklinde yazlabilir. Ayrk-zamanbirim durum uzayn elde etmek iin trevli terimlerin belirlibir rneklemezamanndaintegrasyonatabitutulmalargerekir.Bunagre,trapezoidal integrasyon metodu iin, TkT x T k xdtt dx ] [ ] ) 1 [( ) ( += (3.34) eitliikullanlabilir.Burada,Trneklemezamann,(k+1)imdikirnekleme zamannvekisebirncekirneklemezamanntemsileder.Byleceayrk-zaman durum uzay, [ ])`== +) ( ) (), ( ), ( ) 1 (k Cx k yk k u k x f k x(3.34) eklindeyazlabilir.Asenkronmakineiinayrk-zamanbirimdurumuzay deikenleri, 28 [ ][ ][ ][ ][ ])`=== += += += += +) ( ) () ( ) (), ( ), ( ) 1 (), ( ), ( ) 1 (), ( ), ( ) 1 (), ( ), ( ) 1 (), ( ), ( ) 1 (54321k i k ik i k ik k u k x f kk k u k x f kk k u k x f kk k u k x f k ik k u k x f k isq sqsd sdrqrdsqsd(3.35) eklinde seilebilir. Bylece, ayrk-zaman birim durum uzay eitlikleri, === + + = + =+ + =+ + + =) ( ) () ( ) () () ( ) 1 ( ) ( ) ( ) () ( ) ( ) ( ) 1 ( ) () ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 () ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 (2 21 15 54 5 3 2 35 4 3 1 32 4 5 3 2221 5 4 3 121k x k yk x k yk x fk xTTk x k Tx k xTT xfk x k Tx k xTTk xTT xfk uxTk xTTx xxk x k xx xT xk xTTfk uxTk x k xx xT xk xTTx xxk xTTfrbrmbr rmsigbr r sigmr sigb mSsigbr sigb mr r sigmS (3.36) eklinde yazlr. Buksmdaoluturulandenklem3.33simlasyonaamasndamakine modellenmesindevedenklem3.36hemsimlasyonaamasnda,hemdeDSP yazlmnda kontrolrn modellenmesi ve gereklenmesi amacyla kullanlacaktr. 3.3. Alan Ynlendirme Kontrol Alan ynlendirme kontrol asenkron makine iin yabanc uyartml DC makine yaklamdr.BuksmdancelikleksacayabancuyartmlDCmakinenin kontrolndenbahsedilecekveayntrbirkontrolnasenkronmakineyenasl uygulanaca aklanmaya allacaktr. BilindiigibiyabancuyartmlDCmakineninhzvetorkkontrolasenkron makineye gre olduka basittir. Makinenin retmi olduu tork, f a t ei K T = (3.37) 29 eklindebulunur.BuradaKttorksabiti,iaarmatrakm,vefalanaksdr.ekil 3.6dananlalabileceigibiarmatrakmarmatrebalkaynakilevealanaks da alan kayna ile dorudan ve birbirinden bamsz olarak deitirilebilir. Bylece, yabanc uyartml DC makine istenilen herhangi bir hzda istenilen bir yk srebilir. Bununanlam,istenilenherhangibirtorkunherhzdaretilmesininmmkn olacadr. Asenkron makinede retilen tork ise Denklem 3.20den de anlalabilecei gibi DCmakineyebenzerekilderotoraksvestatorakmnnarpmileorantldr. Ancakasenkronmakinedurumundabuikideikenibirbirindenbamszolarak kontroledebilecekikiayrsargmevcutdeildir.Budurumda,ekil3.7deolduu gibi,statorakm,birtanesirotoraksdorultusundavedierirotoraksnadik dorultudaolmakzereikibileeneayrlr.Tarifedilenbudorultularsenkron referansyapyolutururvebureferansyapsrekliolarakrotoraksilebirlikte dner.Statorakmnnrotoraksdorultusundakibileeninealanoluturanbileen denirveDCmakinedealansargsakmnakarlkgelir.Statorakmnndier bileeninetorkoluturanbileendenirveDCmakinedearmatrsargsakmna karlk gelir. Alanynlendirmekontrolveyavektrkontrolbuikibileeninkontrolne dayanr.Tabiiki,bunlarnkontroliinbyklklerininveynlerininkesinolarak bilinmesigereklidir.Budeikenlerdenstatorakmnnllmesi,rotoraksnn llmesinegreoldukabasittir.Statorakmmakineterminallerindenllebilir. Ancak, rotor aksn lmek iin makine ierisine alan sensrleri yerletirmek gerekli olur. Bu da standart makinelerde mevcut deildir ve src maliyetini artrr.

Vt Ea Ra Rf Vf f iaif ekil 3.6 Yabanc uyartml DC makine edeer devresi 30 Rotoraksnnbyklveynncekiksmdagenibirekildeaklanan dinamikmakinemodelindenhesaplanabilir.Ancak,budurumdarotorhznn bilinmesigerekliolur.Rotorhzikiyntemlebelirlenebilir.Birinciyntem,rotor hznndorudanmakinemilindenllmesidir.Buyntemdehzalglayanekbir elemangerektiindensrcmaliyetiartacaktr.kinciyntem,rotorhznn llebilendierdeikenleryardmylahesaplanmasveyakestirilmesidir.Bu durumda ek bir eleman gerekli olmadndan src maliyetinde bu nedenle bir art olmayacaktr.Ancakbirinciyntemegre,gvenilirliidahaazolacaktr.Butez almasndaikinciyntemkullanlacakveileyiiksm3.5deaklanmaya allacaktr.Bublmnsonrakiksmlarndaalanynlendirmekontrolnn ileyiinden bahsedilecektir. ncelikle,alanynlendirmekontrolndedahanceeldeedilmiolan eitliklerdenyararlanabilmekiin,-faziinllenakmvegerilimintekbir vektriletemsiledilmelerigereklidir.ekil3.8dikkatealndndabirbirlerinden 120likalarlaayrlma,bvecdorultularndaynlenmiolanadet stator akm vektr stator referans yapda, 3232 + + =j sscj ssbssasse i e i i i (3.38) biiminde gsterilebilir. Elde edilen bu stator akm vektr ekil 3.8deki gibi, ssqssdssi j i i + = (3.39) q Stator ekseni Rotor aks d ekseni d = a r e e s is r = re isde r ekil 3.7 Alan ynlendirme kontrol iin koordinat sistemleri ve vektrler isqe Rotor aks q ekseni 31 dveqbileenlerineayrlabilir.Bubileenlerdenklem3.38,ve3.39 eitliklerinden elde edilen, ( ))` +==32ssbssassqssassdi iii i(3.40) eitlikleriilebasitehesaplanabilir.Sonrakiaamada,eldeedilenakmvektrnn rotor alan ynndeki ve bu alana dik bileenlerinin bulunmasdr. Bunu yapmak iin statorreferansyapdakivektrsenkronreferansyapyaaktarlmaldr.Senkron referansyaprotoralandorultusunuyatayeksenkabuledenreferansyap anlamndakullanlmtr.Belirlibirandarotoralandurgunstatorreferansyapdan e kadar ilerde ise stator referans yapdaki akm vektr senkron referans yapya, ej ssese i i = (3.41) eitliiyardmylaaktarlabilir.Denklem3.41eitliineEulerformlnn uygulanmas ile statorreferans yapdaki akm vektrnn senkron referans yapdaki d ve q bileenleri, )` + = + =essq essdesqessq essdesdi i ii i i cos sinsin cos(3.42) eitlikleri ile bulunabilir. Denklem 3.41deki birinci eitlik alan reten bileeni, ikinci eitliktorkretenbileenitemsileder.Denklem3.40vedenklem3.42ileverilen dnmlerintersleridemevcuttur.Ayrca,buradayalnzcaakmvektriin verilen bu eitlikler gerilim ve ak vektrleri iinde uygulababilir. Burayakadarstatorakmvektrnnsenkronreferansyapdakibileenleri bulunmu oldu. Bundan sonra, imdiye kadar yaplanlarn tersine bir yol izlenecektir. is a = d q b c isds isqs ekil 3.8 Stator akmnn stator referans yapya gre bileenleri 32 Senkron referans yap zerinde, referans bir akya gre seilmi bir stator akm d bileenivereferansbirtorkagreseilmibirstatorakmqbileenivarise, ncelikle bu referans tork ve ak iin seilen stator akm bileenlerinin stator referans yapyaaktarlmalargereklidir.Buseimlerinyaplbuksmnierisindedaha sonra aklanacaktr. Denklem 3.41 eitliklerinden bu akmlar,

)` + = =eesq eesdssqeesq eesdssdi i ii i i cos sinsin cos* * ** * *(3.43) biiminde hesaplanabilir. Burada, st indis * referans bykl temsil eder. Elde edilen bu referans akmlar, denklem 3.40 eitlikleri yardmyla -fazl sisteme, ( ))` = + ==* * ** *** *23ssbssasscssqssd ssbssdssai i ii iii i(3.44) biimindeaktarlabilir.Bylece,-faziinbelirlenenreferansakmlar,gerek akmlarlakarlatrlarak,makineyeuygulanmasgerekenvoltajbelirlenebilir.Bu tez almasnda, voltajlar histerisiz band akm reglatr ile belirlenmektedir. Buraya kadar, alan ynlendirme kontrol konusunda yaplan aklamalar ekil 3.9ilezetlenebilir.ekildegrlenkoordinatsistemidnmleriyukarda aklanmtr.DierbloklardanPIRveIQCCbloununileyiindenbuksm ierisindeHBCRveINVERTERbloklarnnileyiindenksm3.4teEKF ESTIMATOR blounun ileyiinden ksm 3.5te bahsedilecektir. PIRblouoransal-integralreglatrierir.Bublokreferanstorkun belirlenmesi amacyla kullanlmaktadr. Sistemin almas, )` + = =dt e k e k Tn n en i n p en**(3.45) eitlikleriileaklanabilir.Denklem3.45dekibirincieitlikreferanshzile gerekleenhzarasndakifarktr.Buhzhatasnndzeltilmesiiinmakinenin retmesigerekenreferanstorkikincieitlikilebelirlenir.Hatannoransalsabitile arpmndaneldeedilendeerilehatannintegralininintegralsabitilearpmndan eldeedilendeerintoplamreferanstorkuverir.Ancakbazdurumlardamakinenin ve kontrol sisteminin ar yklenmesini nlemek amacyla referans tork belli snrlar33 arasndatutulabilir.Ayrca,denklem3.45tegrldgibiintegralsrekli-zaman integralidir. Bu integrasyon kontrolrde, [ ] [ ] [ ] 1 1 + + = + k e T k I k In e en n(3.46) eitliiileayrk-zamandagerekletirilebilir.BuradaTrneklemezamandr.Bu eitlikleryardmylaeldeedilenreferanstorktanIQCCbloundareferansstator aksnndbileenihesaplanr.ncekiksmdaverilendenklem3.20ileverilentork eitlii senkron referans yap iin tekrar dzenlenirse, eresqrmeill pT =2 23(3.47) eitlii elde edilebilir. Buradan stator akm ekilirse, * *1 232e er mr esqTllpi= (3.48) eldeedilebilir.Bylece,senkronreferansyapda,referansstatorakmnnq bileenieldeedilmiolur.Aynakmndbileeniisedorudansisteme uygulanmtr.Akmndbileenirotoraksnretmektedir.Rotorakssabit olduundan,akmnbubileenidesabitolacaktr.Denklem3.24tekirotoraksn veren eitlik senkron referans yapda, durgun-durum iin zlrse, **erm esdli= (3.49) eitliibulunur.Burada,re*referansrotoraksdr.Aknnreferansdeeri simlasyonortamndamakinenominalartlardaalrkeneldeedilmitir.Durgun-ASM - + isde* n* INV HBCR isabcs Sabc EKF EST. e PIR Te* r n IQCC dqe dqs isabcs* abcs dqs isdqs* isqe* abcs abs abs dqs dqs Sabc, Vdc isabs isdqs vsdqs isbs hbVdc ekil 3.9 nerilen alan ynlendirme kontrol blok emas 34 durumiinzlmesininsebebi,buakmnrneklemeperiyoduierisindesabit olarakkabuledilebilirolmasndankaynaklanmaktadr.Rotoraksnnzamanagre deiimi rnekleme periyoduna gre yeterince yavatr. 3.4 nverter Modeli ve Anahtarlanmasnceki ksmda ekil 3.9 ile ilgili olarakHBCR, ve INVERTER bloklarndan bahsedilmiti.Bunlardanbirincisihisterisizbandakmreglatrn,ikincisi inverteriiermektedir.Buksmdabubloklaryardmylamakineninsrlmesi aklanmaya allacaktr. Histerisizbandakmreglatrnnalmasbasite,referansakmile gerekleenakmarasndakihatannbelirlibirbandierisindetutulmasilkesine dayanr. Makinenin -fazndan her biri birbirlerinden bamsz olarak kontrol edilir. Referans akm ile gerekleen akm arasndaki farkn belirlenen band pozitif ynde amasgerekleenakmnyetersizolduuanlamnagelirveilgilifazaaitanahtar kapatlarakakmnartmassalanr.Diertaraftan,referansakmilegerekleen akmarasndakifarknbelirlenenbandnegatifyndeamasgerekleenakmn gereindenfazlaolduuanlamnagelirveilgilifazaaitanahtaralarakakmn azalmassalanr.Histerisizbandgereksizanahtarlamalarnvebylece,meydana gelecekanahtarlamakayplarnnnlenmesinisalar.Blounalmasayrntl olarak simlasyon tasarmnda aklanmaya allacaktr. ekil3.9dakiinverterblouiinekil3.10udikkatealalm.eklegre sistemde alt adet anahtar mevcuttur. Ancak, bu anahtarlardan ayn kola bal olanlar birliktealrlar.Bunlardanbiridierininmantksaldeiliileifadeedilirvehibir zamanikianahtaraynandaakveyakapaldurumdaolmazlar.kianahtarnayn andakapalolmasdurumundaDCkaynakksa-devreolur.Bylece,sistemadet anahtarolduukabuledilebilir.Uygulamadaveyasimlasyonalmasnda, makineninherbirfaznnvoltajlarllmekyerine,yalnzcaDCkaynakvoltaj llmekte ve anahtarlama durumlar yardmyla faz voltajlar hesaplanabilmektedir. Anahtarlama durumlarna gre elde edilen fazlar aras voltajlar ve faz-ntr voltajlar Tablo 3.2de verilmitir. Ancak fazlar aras voltajlar; 35 ( )( )( ))` = = =a c dc cac b dc bcb a dc abS S V VS S V VS S V V(3.50) eitlikleri ile de hesaplanabilir. Ayrca faz-ntr voltajlar da, ( )( )( ))`===333bc cacnab bcbnca abanV VVV VVV VV(3.51) eitlikleriilehesaplanabilir.Ancak,sistemierisindebuvoltajlardeild,q bileenlerigereklidir.ncekiksmdadenklem3.40ileakmiinverilenkoordinat dnm eitlii burada voltaj iin uygulanp dzenlenirse statora uygulanan voltajn d, qbileenleri dorudan, ( )( ))`= =32c b dcssqc b a dcssdS S VVS S S V V(3.52) eitlikleri ile hesaplanabilir. Tablo 3.2 nverter anahtar konumlarna makine terminal voltajlarScSbSaVanVbnVcnVabVbcVca 000000000 0012Vdc/3-Vdc/3-Vdc/3Vdc0-Vdc 010-Vdc/32Vdc/3-Vdc/3-VdcVdc0 011Vdc/3Vdc/3-2Vdc/30Vdc-Vdc 100-Vdc/3-Vdc/32Vdc/30-VdcVdc 101Vdc/3-2Vdc/3Vdc/3Vdc-Vdc0 110-2Vdc/3Vdc/3Vdc/3-Vdc0Vdc 111000000 a bc _c _ b _ a b c Vdc ASM a n ekil 3.10 -faz kpr inverter 36 nverterinmodellenmesiiindenklem3.52ileverileneitlikleryeterlidir. Ancak,uygulamaaamasnda;aynkolabalanmanahtarlardanbirininalp dierininkapatlmassrasnda,anahtarlarnkesimegitmesindekigecikmeler nedeniyle,ksa-devredurumlarnnolumamasiinbiranahtarkapatlmadannce dierinin almas iin birka mikro saniye civarnda beklenebilir. Bu durumda, k voltaj,buradahesaplanandanbirmiktarkkolabilir.Budurumuygulama aamasnda deerlendirilerek hesaplanan voltajn yeniden dzeltilmesi gereklidir. Bundanbaka;uygulamaaamasnda,akmrneklemesi,inverterinalt ksmndakianahtarlaraseribaldirenlerzerindeyaplmaktadr.Budurumda, akm rneklemesinin yaplabilmesi iin bu anahtarlarn mutlaka kapal olmas gerekli olur.Herrneklemeperiyodubalangcnda,akmrneklemesiiinyeterlibirsre buanahtarlarndeaynandakapatlmaktavemakinesarglarnasfrvoltaj uygulanmaktadr.Uygulamadastatorauygulananvoltajhesaplanrkenbudurumda dikkate alnmaldr.3.5 Geniletilmi Kalman Filtresi BuksmdaBlm3.3tebahsedilenEKFESTIMATORbloundan bahsedilecektir.ekil3.9dagsterilenbublokkontrolsisteminintemelini oluturmaktadrvehesaplamalarntamamneredeysebublokierisinde gereklemektedir. Kalmanfiltresilineersistemleriinkullanlanstokastikgzlemcidir.Bu algoritmannamacmodelvelmbelirsizliklerindedurumvektrbileenlerini kestirmektir. Dier gzlemci-denetleyici yaplarda durum kestirimi model tarafndan salanantahminterimiilellenkvetahminedilendurumun karlatrlmasylaeldeedilenbirdzeltmeteriminebaldr.Dzeltmeterimi genelliklebirkazanilearlklandrlr.Kalmanfiltresidurumunda,kazan deikendirveherrneklemeperiyodundasistemgrltsnebalolarakyeniden hesap edilir. EKF(ExtentedKalmanFilter-GeniletilmiKalmanFiltresi)yukarda bahsedilen Kalman filtresinin non-lineer sistemler iin dzeltilmi halidir. Non-lineer birsisteminmodelinioluturanmatematikseleitlikleridurumdeikenlerinin 37 arpmolanterimlerierir.Budurumdasisteminkarakteristikmatrisilineer sistemlerde olduu gibi kolaylkla oluturulamaz. ekil3.11deasenkronmakineiinbirEKFsistemigsterilmitir.Bir gzlemcisistemininamacllebilendeikenleryardmylallemeyen deikenlerin tahminidir. Bir EKF gzlemci sistemde kestirim yaplrken sistemdeki parametredeiimleriilelmelemanlarndankaynaklanangrltlerdedikkate alnmaktadr.Kalmanfiltresiistatistikbirsistemolup,sistemdeneldeedilenveriler istatistikolarakdeerlendirilipllemeyendeikenlerintahminedilmesine allr. EKFalgoritmasasenkronmakinemodelizerindeaklanabilir.ncelikle, denklem3.36ileverilenbirimasenkronmakineayrk-zamaneitliklerinidikkate alalm.Buradaayrk-zamaneitliklerininkullanlmanedeni,bualgoritmannDSP zerindealtrlacakolmasdr.Ayrcasimlasyonaamasdaayrk-zamaniin tasarlanmtr.lkolarak,sistemdurumdeikenlerinintmparametreleregre trevialnarakparametredeiimlerindennasletkilendikleribelirlenir.Buise denklem 3.36 ile verilen fn fonksiyonlarnn her bir deikene gre, (((((((((((((

=55453525155444342414534333231352423222125141312111) (xfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfxfk A (3.53) biiminde diferansiyeli alnrsa, ((((((((((((

=1 0 0 0 0) | ( 1 ) | ( 0) | ( ) | ( 1 0) | ( ) | ( 1 0) | ( ) | ( 0 1) (3 54 53 524 52k k TxTTk k TxTT xk k Tx k k TxTTTT xk k xx xT xTTx xxk k xx xT xTTk k xx xT xk k xx xT xTTx xxTTk Abrbrmb br rmr sigb mr r sigmr sigb mSr sigb mr sigb mr r sigmS (3.54) biiminde EKF iin kullanlacak yeni sistem matrisi belirlenir. 38 EKFalgoritmasaadaaklandgibibeaamadatamamlanr.imdi srasyla bu be aama aklanmaya allacaktr. 1. A(k) matrisindeki x3, x4, x5 terimlerini ieren terimler gncellenerek, [ ][ ][ ][ ][ ][ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ][ ][ ][ ][ ][ ][ ][ ](((((((((

+(((((((((((

(((((((

=(((((((((((

+++++000) | () | () | () | () | (1 0 0 0 00 ) ( ) ( ) ( ) (0 ) ( ) ( ) ( ) (0 ) ( ) ( ) ( ) (0 ) ( ) ( ) ( ) () | 1 () | 1 () | 1 () | 1 () | 1 (215^4^3^2^1^4 , 4 3 , 4 2 , 4 1 , 44 , 3 3 , 3 2 , 3 1 , 34 , 2 3 , 2 2 , 2 1 , 24 , 1 3 , 1 2 , 1 1 , 15^4^3^2^1^uxTuxTk k xk k xk k xk k xk k xk A k A k A k Ak A k A k A k Ak A k A k A k Ak A k A k A k Ak k xk k xk k xk k xk k xsigbsigb(3.55) birsonrakidurumvektrtahminiyaplr.Denklem3.55tegrlenstindis^ kestirilendurumdeikeninitemsileder.Ayrcakimdikirnekk+1sonrakirnek anlamndadr. 2. Tahmin hatas kovaryans matrisi hesaplanr. Q k A k k P k A k k PT+ = + ) ( ) | ( ) ( ) | 1 ( (3.56) BuradaQmatrisiyaplantahminenekadargvenileceinigsterir.Qmatrisine kadarbykolursa,ncekitahminileyenitahminarasndakifarkokadarbyk olabilir.Bylece,Qmatrisiyenitahminineskitahmindenenfazlanekadar sapabileceinigsterir.Budurumda,Qmatrisisistemdekigrltseviyesiileters orantl olarak seilmelidir. 3. Kalman kazan matrisi hesaplanr. { }1) | 1 ( ) | 1 ( ) 1 (+ + + = + R C k k P C C k k P k KT T (3.57) BuradaRmatrisisistemdenalnanlmlerenekadargvenileceinigsterir. Denklem3.57dengrlebileceigibiRmatrisiileKmatrisitersorantldr.K Parametre Grlts lm Grlts Asenkron Makine KESTRM (Model) DZELTME W(k)V(k) U(k)Y(k+1) X(k+1|k+1) EKF ekil 3.11 Asenkron makine iin EKF algoritmas 39 matrisinin byklise yeni tahminin eski tahminden ne kadar sapabileceinin bir lsdr.Bununanlam,Rmatrisibykseilmesilmlereazgvenildiini,ve bununsonucundalmgrltsnnyksekseviyedeolduu,kkseilmesi lmleringvenilirolduu,vebununsonucundalmgrltsnndk seviyede olduudur. 4. Yeni durum vektr kestirimi yaplr. )`+ + + + + = + + ) | 1 ( ) 1 ( ) 1 ( ) | 1 ( ) 1 | 1 (^ ^ ^k k x C k y k K k k x k k x (3.58) ncekiaamadabahsedildiigibiKmatrisininbyklyenitahminineski tahmindennekadarsapabileceininbirlsdr.Buradabasite,llensistem kiletahminedilensistemkarasndakifarkKmatrisiilearlklandrlarak bir sonraki tahmin dzeltilmektedir. 5. Filtre kovaryans matrisi hesaplanr. ) | 1 ( ) 1 ( ) | 1 ( ) 1 | 1 ( k k P C k K k k P k k P + + + = + + (3.59) Son aamada bir sonraki rnekleme zamannda kullanlacak olan P kovaryans matrisi hesaplanmaktadr.Bundansonra,burneklemesonundatahminedilendurum deikenlerinegreA(k)matrisigncellenerek1.aamayadnlr.Tabiiki,1. aamadan itibaren tm algoritma sonraki rnekleme periyodu boyunca iletilecektir. Tm algoritma ekil 3.12deki gibi zetlenebilir. Bu projede kullanlacak olan EKF kestirimci sistemin klar, )`===+ =52 2sincosxsrsrqesrsrdesrqsrdsr (3.60) eitliindeverilmitir.Denklem3.60ileverilenilkeitliktekarekkilemi grlmektedir. Simlasyon yazlmnda karekk ilemi iin kullanlacak bir komutun bulunmasnkarn,DSPyazlmndabylebirkomutyoktur.BuileminDSP ortamnda yaplabilmesi iin Newton iterasyon yntemi kullanlmtr. Bu yntem, |||

\|+ =+nn nxcx x211(3.61) 40 eitliiiletanmlanr.Buradackarekkalnacaksay,xn+1karekkiin(n+1). iterasyonsonucuxnkarekkiinn.iterasyonsonucudur.Rotoraksbirimsistem durumunda yaklak 1.0 birim civarnda olduundan x0 = 1 alnabilir. Bu durumda, 4. iterasyonsonucundayaklak1/1000civarndabirhatailekarekk hesaplanabilmektedir. Burayakadarverileneitlikleryardmylaalanynlendirmekontroliin gerekli olan, denklem 3.61 ile verilen klar elde edilebilir. KESTRMDZELTME EKF sigbxT ) (k u)) | ( (^k k x AC K1 Z+) | 1 (^k k x +) | (^k k x) | ( k k y) 1 | 1 (^+ + k k xekil 3.12 EKF ak emas 41 4. DSP TABANLI VEKTR KONTROLR VE ASENKRON MOTOR SMLASYON TASARIMI Bublmdencekiblmlerdeaklananalanynlendirmekontrolnn pratikteuygulanabilirolupolmad,eeruyguniseuygulamaaamasnayardmc olabilecekverilerineldeedilmesineallacaktr.Simlasyonortamolarak MATLAB/SIMULINK V7.0.1 yazlm paketi zerinde allmtr. Balangta ayn paketineskisrmlerizerindedealmalaryaplmtr.Ayrca,TheAEgis TechnologiesGroup,Inc.tarafndangelitirilenticaribiryazlmolanacslXtreme srekli simlasyon dili ve INRIA Scilab Consortium tarafndan gelitirilen ve serbest olarakdatlanMATLAB/SIMULINK(M/S)benzeriSCILAB/SCICOS4.0 zerindedealmalaryaplmtr.YaplanalmalarsonucundaM/Spaketinin performans,yazlm,dokman,simlasyonhzgibialardan enuygunsimlasyon ortam olduuna karar verilmitir. Balangta,simlasyonalmalaryaplrkenyalnzcaM/Spaketindehazr olarak bulunan Simulink bloklaryardmyla tasarmlar yaplm,ancak, simlasyon hzokdkolmaktadr.Matlabm-fileilesimlasyondankanlmtr.Bunun nedenisrekli-simlasyonudesteklememesidir.Simulinkisepotansiyelolarak srekli-simlasyonudesteklemektedir.Ancak,yukardabahsedildiigibi,tasarmda yalnzcapaketierisindencedenhazrolanSimulinkbloklarnnkullanlmas simlasyonhzndrmektedir.Dahasonra,simlasyonhznartrmakamacile, SimulinkbloklaryerineyineSimulinkeaitCS-Functiondanyararlanlmtr. Bylece,hemdorudanCprogramlarkullanldndansimlasyonhzartrlm, hem de srekli-simlasyon ortamndan vazgeilmemitir. M/SCS-Functionkullanmveilemesibasiteyledir.ncelikle,program normalCortamndaolduugibiyazlmaktadr.Tabiiki,bufonksiyoniinde ncedenhazrbazfonksiyonlarmevcuttur.Bunlar,girilerintanmlanmas,srekli veayrk-zamandeikenlerinintanmlanmas,klarntanmlanmas,balang deerlerininatanmas,klarnatanmasgibifonksiyonlardr.Butezprojesiiin yazlan C S-Functiondosyalar EK-Ada verilmitir. 42 SimulinkCS-Functionblouekil4.1degsterildiigibioluturulur. ncelikleEK-AdaverilenyazlmabenzerbirC-kaynakdosyasoluturulmaldr. DahasonraC-kaynakdosyasMATLABkomutsatrndamexkomutuile derlenerekalabilirktphanedosyaseldeedilir.Eldeedilenalabilirdosya Matlab-Executable olarak adlandrlr. Bu dosyann Simulink model dosyas ile ayn klasrde olmas gereklidir. Budosyay kullanabilmek iin Simulink dosyasna bir C S-Functionbloueklenirvedosyannismibublokiinalandiyalogdaparametre olaraktanmlanr.Bloktatekgirivetekkbulunur.Bugiriveklarvektr deikenolupfonksiyonierisindetanmlanantmgiriveklarierirler.Bu bloa giri yapmak iin, giri vektrnn boyutuyla ayn boyutta bir mux blou, ve bloktanistenenklareldeetmekiin,kvektrileaynboyuttabirdemux bloukullanlr.Bunundnda,CS-FunctionbloununkullanmnormalSimulink bloklarnn kullanmndan farkl deildir. C S-Function kullanm simlasyonhzn neredeyse gerek hza yakn hzlara karmaktadr.Ancak, yinedeEKF algoritmas olduka zaman almaktadr. Simulink jenerikbloklarileEKFnintasarlanmasmmknolsabile,hzvemodeldosyas bykl asndan olduka zordur. 4.1. Simlasyon Dosyalar ve Fonksiyonlar Bu ksm ierisinde Blm 3te ayrntlar aklanan alan ynlendirme kontrol sisteminsimlasyonyazlmortamnaaktarlmasaklanmayaallacaktr. ncelikle,ekil4.2degsterilenM/Smodeldosyasoluturulmaldr.ekilde grlen EKF_FOC blou denetleyici sistemi IM blou ise asenkron makineyi temsil etmektedir. Her iki bloun ierisinde ekil 4.3 ve ekil4.4te gsterildii gibi birer adetCS-Functionblouveyukardabahsedilenekildegiriveklarn dzenlenmesi amacyla kullanlan mux ve demux bloklar mevcuttur. C Kaynak Dosyas (*.c) MEX Derleyici alabilir Ktphane Dosyas (*.dll) SIMULINK S-Function Blou ekil 4.1 SIMULINK S-Function oluturulmas 43 ekil 4.4 IM Blou ierii 5wr4l mbrq3l mbrd2i sq1i sdi mpuS-Functi on23TL2vqs1vsdekil 4.3 EKF_FOC Blou ierii 7vsq6vsd5wr_hat4l mbrq_hat3l mbrd_hat2i sq_hat1i sd_hatekfpuS-Functi on3wr_com2i sq1i sdekil 4.2 DSP tabanl vektr kontrolr ve asenkron motor Simulink modeli wr*l oadScope1 Scopev sdv qsTLisdisqlmbrdlmbrqwrIMisdisqwr_comisd_hatisq_hatlmbrd_hatlmbrq_hatwr_hatv sdv sqEKF_FOC44 Bunun dnda model dosyasnda herhangi bir blok yoktur. Yalnzca, yine ayn ekilde grlen klarn gzlenebilmesi iin osiloskop bloklar ve sistem girilerini temsil eden sabit atama bloklar vardr. Asenkron makineblouna ait C S-Function impu.c olarak, Denetleyici bloa aitCS-Functionekfpu.colarak,EK-Adaverilmitir.BunundndaherikiCS-Functiontarafndandakullanlandosyalardavardr.Bunlardanbirincisi,asenkron makineparametreleriniierenCbalkdosyasdrveEK-Adaim_par.holarak verilmitir.kincidosyaisematrisoperasyonlarnyerinegetirmekiinkullanlan EK-Adamatopt.colarakverilendosyadr.HerikidosyaCdilineait#include anahtar ile ana dosyalara dahil edilmilerdir. Asenkronmakinesrekli-zamansistemolaraksimleedilmitir.Bununiin Blm3tedenklem3.32-3.33ileverilenbirimsrekli-zamaneitlikleri kullanlmtr. Makine parametrelerini ieren im_par.h dosyas, #include "im_par.h" biimindeCS-Functiondosyasimpu.cdosyasnadahiledilmitir.rnekleme zaman vesrekli-zaman ayrk-zaman seimi, mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S) fonksiyonu ile seilmektedir. Durum deikenlerinin ilk deerleri, mdlInitializeConditions(SimStruct *S) fonksiyonuileatanmaktadr.Makineparametrelerinegrebirimparametrelerin hesaplanmas, ve bunlara gre sistem matrislerinin belirlenmesi, mdlStart(SimStruct *S) fonksiyonu ierisinde yaplmaktadr. Hesaplanan deerlerin ka aktarlmas, mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid) fonksiyonutarafndansalanmaktadr.Sonolarak,diferansiyeldenklemlerin tanmlanmas, mdlDerivatives(SimStruct *S) fonksiyonuierisindeyaplmaktadr.Sonfonksiyonierisindetanmlanan diferansiyel denklemler her evrimde bir kere integre edilerek durum deikenlerinin deeri gncellenmektedir. AsenkronmakinesimlasyonuiinkullanlanCS-Functionierisindematris operasyonlar olmadndan bu dosya ierisine bu fonksiyon dahil edilmemitir. 45 DenetleyicisimlasyonuiinkullanlanCS-Functionekfpu.colarakEK-Adaverilmitir.Budosyannimpu.cdosyasndanfarkyalnzcaayrk-zaman simlasyonu olarak tasarlanm olmasdr. Bunun sebebi, bu dosya ierisinde verilen algoritmalarn DSP zerinde altrlacak olmasdr. Bu dosyada rnekleme zaman, 200 s olarak seilmitir. Bu sre, DSP yazlmnda da ayndr, ve uygulamada btn algoritmabusreninbirazaltndatamamlanabilmektedir.Bunedenleminimum rneklemezamanbudeerinaltndaolamaz.Gerektesrekli-zamanayaklamak iinbudeermmknolduuncakktutulmaldr.Ayrk-zamansistem tasarlandndan,denetleyiciCS-Functionierisindediferansiyeleitlikleriin kullanlan fonksiyon yoktur. Bunun yerine, mdlUpdate(SimStruct *S, int_T tid) fonksiyonukullanlmaktadr.Kullanlandierfonksiyonlarmakineiinverilen dosyadaki fonksiyonlar ile ayndr. ModelgncellemefonksiyonuierisindencelikleEKFalgoritmas altrlmaktavealanynlendirmekontroliingerekliverilereldeedilmektedir. EKF algoritmas denklem 3.53-3.61de verilen eitliklerden oluur.Ancak, denklem 3.53-3.54yalnzcabalangtaim_par.hdosyasndaverilenparametreler yardmylabirseferhesaplanrken,dierleriherevrimdegncellenir.Matris ilemleri,EK-Adamatopt.colarakverilendosyadakifonksiyonlarileyaplr.Bu dosya da, ana dosyaya dahil edilmitir. EKFalgoritmastamamlandktansonra,bualgoritmayagreoldukaksa sren,denklem3.40-3.52eitlikleriyardmylaalanynlendirmekontrol algoritmasyerinegetirilir.Sonuta,referanshzneldeedilebilmesiiininverter anahtar konumlar ve buradan makineye uygulanacak voltajlar belirlenir. Bylece bir kontrol evrimi tamamlanm olur. Buraya kadar, bahsi geen dosyalar, Matlab komut penceresinde mex komutu ilederlenerekalabilirdosyalareldeedilir.Bunundnda,SC-Functioniin ayrntlaraM/Sdokmantasyonlarndan,C-diliayrntlariinBlm8deverilen kitaplara veya baka C dili referans kitaplarna baklabilir. 46 5. TMS320F243 TABANLI ASENKRON MOTOR SRSC TASARIMI Tez projesi iin kullanlan donanm iki ayr ksmdan olumaktadr. Bunlardan birincisi,gereklikontrolyazlmnnyklenebildiivebirDSPkontrolrieren kontrolrkartdr.kincisiisekontrolrkartiledorudanbalantlolarakalan,g elektronii anahtarlar, srcler ve lm elemanlar da ieren motor kontrolr kartdr.Ayrca,motorkontrolrkart,DSPkontrolrnevreselbirimlerle balantsnsalamakiingereklidonanmlardazerindebulundururvebylece DSP kontrolr ile evresel birimler motor kontrolr kart yoluyla balanrlar. 5.1. DSP Kontrolr (F243 DSK DSP STARTER KIT) Bilindii gibi vektr kontrol teknii karmak matematiksel hesaplamalar ierir vebuilemlerinokhzlbirekildeyaplmasgereklidir.nkmotorierisinde meydanagelendeiimleregre,gerekliolankontrolsinyallerininhzlbirekilde retiliptekrarmotorauygulanmasgereklidir.Bununiindahancedebahsedilen DSPkontrolrleruygunbirseimdir.ButezprojesindeTexasInstrumentsfirmas tarafndan,zelliklemotorkontroluygulamalarnaynelikolarakgelitirilmiolan TMS320F243 DSP kontrolr entegresi kullanlmtr. Tezprojesindekullanlankontrolrkartprojeierisindegelitirilmemitir. BununyerineyazlmgelitirmeamacylaSpectrumDigitalfirmastarafndan gelitirilen TMS320F243 ieren hazr bir kart temin edilmitir. Bu kart zerinde DSP kontrolrentegresineekolarakyalnzcaokunup-yazlabilenbirbellekvebirPC bilgisayar ile seri haberleme salayan arabirim mevcuttur. Diergiri-k portlar konnektrleraraclyladorudankartdnaalnabilmektedir.ekil5.1debu kartnyapsbloklarhalindegrlmektedir.Kartierisindekalcbellee yerletirilmibirmonitrsistemmevcuttur.Bunedenlekendikendine alabilmektedir.Ayrca,RS-232serihaberlemearabirimiaraclylaPCile haberlemeyeteneinesahiptir.KartilebirliktegelenPCyazlmyardmylakart iindekibelleklerokunabilmekte,deitirilebilmekteveayrcaalabilenyazlm geicibelleeyklenebilmektedir.Gkaynaisekartzerindeolmaypayrbir kaynaktan karta g salanmaktadr. 47 ekil5.1degrldgibikontrolrentegresiierisindekibelleklereek olarak,programyklemekiin8KBbyklndebirRAMbellekeklenmitir. Bellek dzenlemesi, program bellei ve veri bellei olarak iki ksma ayrlmtr. Yine seri haberleme iin bir src de eklenmitir. Dier kontrolr portlar ise dorudan konnektrlerebaldrlar.Tezprojesindebuportlarntmkullanlmamaktadr. Kullanlanportlar,analog-digitaldntrclerinbalolduuP1analog geniletmeportu,evrebirimleriiingerekliolangiri-klarnbalolduuP2 giri-kgeniletmeportuvePChaberlemesiiinkullanlanP5seriportudur.P1 ve P2portlar zerinde herhangi bir arabirimolmayp yine dorudan DSP kontrolr entegresinebaldrlar.Gereklisrcdevreler motorkontrolrkartndamevcuttur. Bunun dnda kalan portlar bo braklmlardr. P1 ve P2 portu ayn biimde motor kontrolr kartnda da mevcuttur. ki kart birbirlerine dorudan balanmaktadr. F243DSKkarthakkndadahagenibilgiiinSpectrumDigitalfirmasweb sitesineveTMS320F243DSPkontrolrhakkndadahagenibilgiiinTexas Instruments firmas web sitesine baklabilir. Bu kartn Orcad yazlm ile izilmi tam devre emas F243 DSK Technical Reference isimli kaynakta verilmitir. ekil 5.1 F243 DSK (DSP STARTER KIT) kart blok emas ANALOG GENLETME PORTU P1 I/O GENLETME PORTU P2 ANALOG/DIGITAL DNTRC DATA BUS ADRES BUS RS-232 JTAG JTAG P5 SRC SER PORT P4 GENLETME PORTU P6 SRAM 8 KB PROGRAM DATA TMS320F243 48 5.2. Saysal Motor Kontrolr (DMC) Motorkontrolrkart,gelektroniianahtarlar,lmelemanlarvedier evre birim haberleme srclerini ierir. Bu kart F243 DSK kartna uygun olarak, SpectrumDigitalfirmastarafndangelitirilmiolanmotorkontrolrkartesas alnarak tasarlanmtr. Kart ilevsel bloklar halinde ekil 5.2deki gibi gsterilebilir. Kesikliizgiierisindekalanksmmotorkontrolrkartntemsileder.Kalnizgi ilegsterilenhatlargdevresinibelirtmektedir.Dierhatlarkontrolvelm sinyallerinigstermektedir.GiriveklarntmF243DSKkartnadorudan balanabilecek ekilde tasarlanmtr. Gkaynaolaraktekfaz220VACbeslemegereklidir.ACgiribasitbir filtreden geirilerek kpr dorultucuya verilir. Daha sonra elde edilen DC voltaj alt adetIGBTyar-iletkenanahtardanoluaninverterdevresineuygulanr.Bylece, asenkronmakinePWMsinyallerineuygunolarakbeslenir.IGBTanahtarlarmotor akmvePWMfrekansnauygunolarakseilmilerdir.ekil5.2deolayalglama olarakbelirtilenblokierisindemotormilinebalanacakolanherhangibirhz alglaycsndan gelen sinyalleri alglanabilmesi gerekli sayc girileri vardr. Ayrca, tez projesinde kullanlmayan, ancak daha ileri uygulamalarn desteklenmesi amacyla seri evresel arabirim haberlemesi (SPI) ve harici cihazlarla haberleme (CAN) iin kullanlacak olan giriler de vardr. RS-232 SPI CAN 220V 50 Hz AC F243 DSK GR/IKI GENLETME KONNEKTR PWM FAZ V, I LM DC V, I LM DC HAT OLAY ALGILAMA DER EVRESEL BRMLER IGBT NVERTER ekil 5.2 Saysal motor kontrolr (DMC) blok emas 49 PCileF243DSKkartarasndaserihaberlemeamacylaoptikolarak yaltlmRS-232arabirimsrcskullanlmtr.Yineharicikullanmamacyla optik olarak yaltlm iki adet giri ve k mevcuttur. Tm faz akm ve gerilimleri ileDChatakmvegerilimilmykselteleriaraclylaDSPkontrolrdeki ADClereulatrlmaktadr.Akmlmleriiinykselteler42kHz,gerilim lmleri iin ise 3.2 kHz alak geiren filtre grevi stlenmektedir. DMC kart iin gereklibeslemevoltajlarkartzerindekivoltajreglatrleritarafndan retilmektedir.DMCkartACgiritenbakaharicibirkaynaaihtiyaduymaz. MotorkontrolrkartnnOrcadyazlmileizilmitamdevreemasEK-Bde verilmitir. Daha geni bilgi iin Spectrum Digital firmas web sitesine baklabilir. 5.3. TMS320F243 iin Yazlm Tasarm Yazlmortamiin eitliseeneklermevcuttur. Bunlardanbirincisi,basitbir metin editr ile dorudan assembly dilinde programn yazlmasdr. F243 DSK kiti ilebirlikteverilenSD24XASMisimlibuprogrammakinedilineevrilerekDSP kontrolre yklenebilir. Ancak bu ekilde programn oluturulmas zaman alcdr, ve dahakarmaktr.Dierbirseenekise,programnC-dilindeoluturulmasdr. Bununiin,kullanlanDSPkontrolreuygunbirC-derleyicisigereklidir.C-dilinde oluturulan program bu derleyici yardmyla evirici komutlarna dntrlebilecei gibidorudanmakinedilinedeevrilebilir.Buyntemleeldeedilenprogramda sonradan gerekebilecek deiiklikler kolaylkla yaplabilir ve anlalmas daha kolay olacaktr. BalangtaCyazlmortamseilmitir.AncakCkaynakdosyasndanC-derleyicisiileeldeedilenprogramnDSPtarafndanaltrlmasresiseilen rneklemezamannamaktadr.Bunedenledahakarmakolmasnaramen, rettiiprogramnDSPtarafndanaltrlmasresi,belirlenenrneklemesresini karlayabilendorudanassemblykodlarileyazlmgelitirmeyntemitercih edilmitir. ekil5.3teDSPiinyazlanalanynlendirmekontrolprogramakemas grlmektedir. Kontrol evrimi senkronizasyonu inverter donanmndan gelen kesme sinyali tarafndan salanmaktadr. Alan ynlendirme kontrol algoritmasnn tamam 50 buekildePWM_ISRolarakbelirtilenkesmehizmetialt-programierisinde gereklemektedir.Bualgoritmailetilmedennceyazlmvedonanmiingerekli olan ilk ayarlarn yaplmas gereklidir. Yazlm iin gerekli ilk ayarlar, deikenlerin ilkdeerlerininatanmasndanibarettir.Budeerlermakineparametrelerinegre hesaplanrlar.Donanmayarlarise,birdenfazlaseimlikfonksiyonasahipDSP giri/kportlarnnhangifonksiyonuyerinegetirecei,portyn,izinverilecek kesmeler,kesmeleringerekleeceizamanveyadurum,kportlarnnilk deerleri,PWMtemelfrekans,l-bandgenilii,ADCiinakmrnekleme zamannn senkronizasyonu gibi eitli ayarlardr. Anaprogramierisindevektrkontrolalgoritmasiingerekliherhangibir yazlmyoktur.Ancakprogramnileyipilemediinindardanbakldnda anlalabilmesinisalayanF243DSKkartzerindebulunanbirLEDlambann yaklp sndrlmesinden salayan basit bir yazlm konulmutur. Balang parametrelerini, evre birimleri, ve kesme durumlarn ayarla BALA Ana program, yalnzca DSK bordundaki LEDi yakp sndr (Bo Dng) PWM_ISR ADCleri oku ve gerekli koordinat dnmlerini yap EKF Algoritmas State Estimation KONTROLRKomutlarn belirlenmesi HBCR Anahtar konumlarnn belirlenmesi ekil 5.3 DSP yazlm ak emas 51 Yukardabahsedildiigibibtnkontrolalgoritmaskesmehizmetalt-programierisindegereklemektedir.Busayede,hesaplananayrkzaman eitliklerindekirneklemezamangarantialtnaalnmaktadr.Akemasnda grld gibi ilk olarak ADCler tarafndan okunup ADC kuyruuna saklanm olan akm ve gerilimrnekleri okunup birim sisteme uygun biimde rneklenerek, stator referansyapdatemsiledilmektedirler.Builemleriindenklem3.40vedenklem 3.52ileverileneitliklerdenyararlanlmaktadr.Eldeedilenbudeerler4.12 formatndasaklanmaktadr.Buradaensoldakiilkbitsaynniaretini,sonraki3bit saynntamksmnvekalan12bitondalkksmngstermektedir.Dahance bahsedildiigibibusaylar(8-8]aralndakalmaktadr.Birimmakinemodeli kullanldndan herhangi bir tama olumamaktadr. 4.12 formatndaki saylar dorudan toplanabilirler. Ancak, arpma ilemi biraz farkldr.Bununiinekil5.4dikkatealalm.4.12formatndaiki16bitsay arpldnda 8.24 formatnda 32 bit bir say elde edilir. Sonu DSPde 32 bit arpm registerinekaydedilmektedir.ekil5.4dekoyurenkilegsterilenbitlerarpm sonucunutemsileder.Eldeedilenbusonusoladoru4bitkaydrlrsaarpmst 16 bitte 4.12 formatnda tekrar elde edilir. Ayn ekilde saa doru 12 bit kaydrlrsa arpmalt16bitte4.12formatndatekrareldeedilir.Birinciyolkullanlrsast16 bit, ikinci yol kullanlrsa alt 16 bit arpm sonucu olarak kaydedilir. * LSB 1 2 ekil 5.4 TMS320F243 zerinde 4.12 formatndaki iki saynn arplmas MSB MSBLSB LSBMSB 52 Daha sonra ak emasnda EKF algoritmas grlmektedir. EKF algoritmasn yerinegetirmekiindenklem3.53-3.61deverileneitliklerdenyararlanlmaktadr. AyneitliklersimlasyonaamasndadaEKFalgoritmasiinkullanlmtr. Simlasyonaamasnda matrisilemleriniyerinegetirenfonksiyonlardanoluanbir alt-programkullanlmtr.DSPzerindebylebiralt-programkullanm,eitli dngler ve dnglerin sona erip ermediini kontrol iin sayalar ve karar aamalar ierdiinden,kontrolevrimisresininuzamasnanedenolmaktadr.Budadaha ncebelirtilenrneklemezamannsnrnnalm