மேலாண்மை கட்டுப்பாடு என்றால் என்ன?

Field Oriented Control என்றால் என்ன?

Field Oriented Control வரையறை

Field oriented control என்பது AC இணைப்பு மோட்டார்களை DC மோட்டார்களில் உள்ளது போலவே torque மற்றும் magnetic flux ஐ சார்பற்ற வகையில் கையாணும் ஒரு நுண்ணறிவு தொழில்முறையாகும்.

Field Oriented Control இயங்கும் தூரம்

Field oriented control என்பது stator currents ஐ vector ஆக கையாணும். இந்த control ஆகியது projections ஆகியவை மூலம் மூன்று phase நேரம் மற்றும் வேகம் அங்கம் சார்ந்த அமைப்பை d மற்றும் q frame ஆகிய இரண்டு அச்சு (time invariant) அமைப்பாக மாற்றுகிறது.

 இந்த transformations மற்றும் projections ஆகியவை DC machine control அமைப்பு போன்ற ஒரு அமைப்பை உருவாக்குகிறது. FOC இயந்திரங்களுக்கு இரண்டு constants என்பவை input references ஆக தேவை: torque component (q coordinate உடன் aligned) மற்றும் flux component (d coordinate உடன் aligned).

AC-மோட்டார்களின் மூன்று-phase வோல்ட்டேஜ், கரண்டி மற்றும் flux ஆகியவற்றை complex space vectors மூலம் பகுப்பாய்வு செய்யலாம். ia, ib, ic என்பவை instantaneous currents in the stator phases என்றால், stator current vector இந்த வகையில் வரையறுக்கப்படுகிறது:

(a, b, c) என்பன three phase system இன் அச்சுகள். இந்த current space vector மூன்று phase sinusoidal system ஐ குறிக்கிறது. இது இரண்டு time invariant coordinate system ஆக மாற்றப்பட வேண்டும். இந்த transformation இரண்டு படிகளாக வகைப்படுத்தப்படலாம்:

(a, b, c) → (α, β) (the Clarke transformation), which gives outputs of two coordinate time variant system.

(a, β) → (d, q) (the Park transformation), which gives outputs of two coordinate time invariant system.

The (a, b, c) → (α, β) Projection (Clarke transformation)Three-phase quantities either voltages or currents, varying in time along the axes a, b, and c can be mathematically transformed into two-phase voltages or currents, varying in time along the axes α and β by the following transformation matrix:

Axis a மற்றும் axis α இரண்டும் ஒரே திசையில் இருக்கும்போது மற்றும் β அவற்றுக்கு orthogonal என்றால், கீழ்க்கண்ட vector diagram கிடைக்கும்:

மேலே உள்ள projection மூன்று phase system ஐ (α, β) இரண்டு அச்சு orthogonal system ஆக மாற்றுகிறது:

ஆனால் இந்த (α, β) இரண்டு phase கரண்டிகள் இன்னும் நேரம் மற்றும் வேகத்தில் அமைந்திருக்கின்றன. (α, β) → (d.q) projection (Park transformation) இது FOC இல் மிகவும் முக்கியமான transformation. இந்த projection இரண்டு phase fixed orthogonal system (α, β) ஐ d, q rotating reference system ஆக மாற்றுகிறது. Transformation matrix கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது:

θ என்பது rotating மற்றும் fixed coordinate system இவற்றிற்கு இடையேயான கோணம்.

d axis ஐ rotor flux உடன் aligned என்றால், Figure 2 இரண்டு reference frames இவற்றிற்கு இடையேயான current vector இன் தொடர்பை காட்டுகிறது:

θ என்பது rotor flux position. Current vector இன் torque மற்றும் flux components கீழே உள்ள equations மூலம் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன:

இந்த components (α, β) கரண்டிகள் மற்றும் rotor flux position ஆகியவற்றில் அமைந்திருக்கின்றன. Rotor flux position துல்லியமாக தெரிந்தால், above equation மூலம் d, q component களை எளிதாகக் கணக்கிடலாம். இந்த நேரத்தில், torque நேரடியாக control செய்ய முடியும் ஏனெனில் flux component (isd) மற்றும் torque component (isq) இரண்டும் இப்போது independent.

Field Oriented Control இன் Basic Module

Stator phase currents அளவிடப்படுகின்றன. இந்த அளவிடப்பட்ட currents கள் Clarke transformation block இல் நுழைகின்றன. இந்த projection இன் வெளியீடுகள் isα மற்றும் isβ என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த இரண்டு current கள் Park transformation block இல் நுழைகின்றன, இது d, q reference frame இல் current ஐ வழங்குகிறது. 

isd மற்றும் isq components கள் isdref (flux reference) மற்றும் isqref (torque reference) ஆகியவற்றுடன் contrast செய்யப்படுகின்றன. இந்த நேரத்தில், control structure ஒரு advantage உள்ளது: synchronous அல்லது induction machines இவற்றை control செய்ய முடியும், flux reference மற்றும் rotor flux position ஐ tracking செய்யும் வகையில். PMSM இல் rotor flux என்பது magnets மூலம் fixed என்பதால், இது create செய்ய தேவையில்லை. 

எனவே, PMSM ஐ control செய்யும்போது, isdref பூஜ்யமாக இருக்க வேண்டும். Induction motors இவற்றுக்கு rotor flux creation தேவையாகும், எனவே flux reference பூஜ்யமாக இருக்க மாட்டது. இது "classic" control structures இன் ஒரு major shortcomings ஐ எளிதாக அகற்றுகிறது: asynchronous to synchronous drives இலிருந்து மாற்றம். 

PI controllers இன் வெளியீடுகள் Vsdref மற்றும் Vsqref. இவை inverse Park transformation block இல் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த projection இன் வெளியீடுகள் Vsαref மற்றும் Vsβref கள் space vector pulse width modulation (SVPWM) algorithm block இல் நுழைகின்றன. இந்த block இன் வெளியீடுகள் inverter ஐ drive செய்யும் signals ஐ வழங்குகின்றன. இங்கு Park மற்றும் inverse Park transformations இரண்டும் rotor flux position தேவைப்படுகின்றன. எனவே rotor flux position என்பது FOC இன் essence.

Rotor flux position இன் evaluation என்பது synchronous அல்லது induction motor என்பதைப் பொறுத்தது. Synchronous motor(s) இல், rotor speed என்பது rotor flux speed உடன் equal. எனவே rotor flux position என்பது position sensor அல்லது rotor speed இன் integration மூலம் directly determined செய்யப்படுகிறது.

Asynchronous motor(s) இல், rotor speed என்பது rotor flux speed உடன் equal அல்ல ஏனெனில் slip உள்ளது; எனவே particular method ஒன்று rotor flux position (θ) ஐ evaluate செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த method current model ஐ பயன்படுத்துகிறது, இது d,q rotating reference frame இல் induction motor model இன் two equations தேவை.

Simplified Indirect FOC Block Diagram

Field Oriented Control இன் Classification

Induction motor drive இற்கான FOC இரண்டு types ஆக வகைப்படுத்தப்படுகிறது: Indirect FOC மற்றும் Direct FOC schemes. DFOC strategy இல் rotor flux vector என்பது air-gap இல் mounted flux sensor மூலம் அல்லது electrical machine parameters இல் தொடங்கும் voltage equations மூலம் measured செய்யப்படுகிறது.

 ஆனால் IFOC இல் rotor flux vector என்பது field oriented control equations (current model) மூலம் estimated செய்யப்படுகிறது, rotor speed measurement தேவை. Both schemes இல், IFOC இல் closed-loop mode இல் zero speed முதல் high-speed field-weakening வரை எளிதாக operate செய்ய முடியும்.

Field Oriented Control இன் Advantages

• Improved torque response.

• Low frequencies மற்றும் low speed இல் torque control.

• Dynamic speed accuracy.

• Motor size, cost மற்றும் power consumption இல் reduction.

• Four quadrant operation.

• Short-term overload capability.