Πεδιακή Οριοθέτηση Έλεγχου

Οι ασύγχρονοι ηλεκτρομαγνητικοί μοτές προσφέρουν επιθυμητά χαρακτηριστικά λειτουργίας, όπως αντοχή, αξιοπιστία και εύκολη ελαχιστοποίηση. Χρησιμοποιούνται εκτεταμένα σε διάφορες εφαρμογές, από τα βιομηχανικά συστήματα ελέγχου κίνησης έως τα οικιακά συσκευώματα. Ωστόσο, η χρήση των ασύγχρονων μοτές σε υψηλή απόδοση είναι μια πρόκληση λόγω του περίπλοκου μαθηματικού τους μοντέλου και της μη γραμμικής φύσης τους κατά την κόλληση. Αυτοί οι παράγοντες καθιστούν δύσκολο τον έλεγχο των ασύγχρονων μοτές και απαιτούν τη χρήση υψηλότερης απόδοσης αλγορίθμων ελέγχου, όπως ο ελεγχός διανύσματος.

Εισαγωγή στον Ελεγχος Πεδίου Ορισμένης Κατεύθυνσης

Ο σκαλαρικός έλεγχος, όπως η "V/Hz" στρατηγική, έχει τα όρια του σε ό,τι αφορά την απόδοση. Η σκαλαρική μέθοδος ελέγχου για τους ασύγχρονους μοτές παράγει ταλαντώσεις στην παραγόμενη ροπή. Συνεπώς, για να επιτευχθεί καλύτερη δυναμική απόδοση, απαιτείται ένα πιο εξελιγμένο σύστημα ελέγχου για τους ασύγχρονους μοτές. Με τις μαθηματικές δυνατότητες που προσφέρουν οι μικροελεγκτές, οι ψηφιακοί επεξεργαστές σημάτων και οι FGPA, μπορούν να εφαρμοστούν προηγμένες στρατηγικές ελέγχου για την αποσύνδεση της παραγωγής ροπής και της μαγνητοποίησης σε έναν ασύγχρονο ηλεκτρομαγνητικό μοτέ. Αυτή η αποσυνδεδεμένη ροπή και ροή μαγνητισμού είναι συνήθως γνωστή ως ροτόρ Ελεγχος Πεδίου Ορισμένης Κατεύθυνσης (FOC).

Ο Ελεγχος Πεδίου Ορισμένης Κατεύθυνσης περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο ο έλεγχος της ροπής και της ταχύτητας βασίζεται άμεσα στην ηλεκτρομαγνητική κατάσταση του μοτέ, όπως σε έναν DC μοτέ. Ο FOC είναι η πρώτη τεχνολογία που ελέγχει τις "πραγματικές" μεταβλητές ελέγχου του μοτέ, όπως τη ροπή και την ροή μαγνητισμού. Με την αποσύνδεση μεταξύ των στατικών ροών (μαγνητοποίηση και ροπή), η συνιστώσα της ροπής της στατικής ροής μπορεί να ελεγχθεί ανεξάρτητα. Σε χαμηλές ταχύτητες, η κατάσταση μαγνητοποίησης του μοτέ μπορεί να διατηρηθεί στο κατάλληλο επίπεδο, και η ροπή μπορεί να ελεγχθεί για τον έλεγχο της ταχύτητας.
"Ο FOC έχει αναπτυχθεί αποκλειστικά για εφαρμογές υψηλής απόδοσης σε μοτές που μπορούν να λειτουργούν ομαλά σε ευρύ φάσμα ταχυτήτων, να παράγουν πλήρη ροπή σε μηδενική ταχύτητα και να είναι ικανοί για γρήγορη επιτάχυνση και απόβαση."

Λειτουργικός Μηχανισμός του Ελεγχος Πεδίου Ορισμένης Κατεύθυνσης

Ο ελεγχος πεδίου ορισμένης κατεύθυνσης αποτελείται από τον έλεγχο των στατικών ροών που αναπαρίστανται από ένα διάνυσμα. Αυτός ο έλεγχος βασίζεται σε προβολές που μετατρέπουν ένα σύστημα τριφασικών ροών, εξαρτώμενο από το χρόνο και την ταχύτητα, σε ένα σύστημα δύο συντεταγμένων (d και q πλέγμα) ανεξάρτητο του χρόνου. Αυτές οι μετατροπές και προβολές οδηγούν σε μια δομή παρόμοια με εκείνη του ελέγχου ενός DC μηχανής. Οι μηχανές FOC χρειάζονται δύο σταθερές ως εισαγωγικές αναφορές: την συνιστώσα ροπής (συμβατή με την q συντεταγμένη) και την συνιστώσα ροής (συμβατή με την d συντεταγμένη).
Οι τριφασικές τάσεις, ροές και ροές μαγνητισμού των AC μοτές μπορούν να αναλυθούν σε όρους πολύπλοκων διανυσμάτων χώρου. Εάν πάρουμε ia, ib, ic ως τις άμεσες ροές στις φάσεις του στατικού, τότε το διάνυσμα της στατικής ροής ορίζεται ως εξής:

Όπου, (a, b, c) είναι οι άξονες του τριφασικού συστήματος.

Αυτό το διάνυσμα ροής χώρου αντιπροσωπεύει το τριφασικό συνημιτονοειδές σύστημα. Πρέπει να μετατραπεί σε ένα σύστημα δύο συντεταγμένων ανεξάρτητων από το χρόνο. Αυτή η μετατροπή μπορεί να χωριστεί σε δύο βήματα:
(a, b, c) → (α, β) (η μετατροπή Clarke), η οποία δίνει εξόδους ενός συστήματος δύο συντεταγμένων εξαρτώμενων από το χρόνο.
(α, β) → (d, q) (η μετατροπή Park), η οποία δίνει εξόδους ενός συστήματος δύο συντεταγμένων ανεξάρτητων από το χρόνο.
Η (a, b, c) → (α, β) Προβολή (Μετατροπή Clarke)
Τα τριφασικά ποσά, είτε τάσεις είτε ροές, που μεταβάλλονται στο χρόνο κατά μήκος των άξονων a, b, και c, μπορούν να μετατραπούν μαθηματικά σε διφασικές τάσεις ή ροές, που μεταβάλλονται στο χρόνο κατά μήκος των άξονων α και β με την ακόλουθη μετατροπική μήτρα:

Υποθέτοντας ότι ο άξονας a και ο άξονας α είναι κατά μήκος της ίδιας κατεύθυνσης και ο β είναι ορθόγωνος προς αυτούς, έχουμε το ακόλουθο διαγράμματο διανύσματος:

Η παραπάνω προβολή τροποποιεί το τριφασικό σύστημα στο (α, β) δισδιάστατο ορθογώνιο σύστημα, όπως αναφέρεται παρακάτω:

Αλλά αυτές οι δύο φάσεις (α, β) ροές εξαρτώνται ακόμα από το χρόνο και την ταχύτητα.
Η (α, β) → (d.q) προβολή (Μετατροπή Park)
Αυτή είναι η πιο σημαντική μετατροπή στο FOC. Στην πραγματικότητα, αυτή η προβολή τροποποιεί το διφασικό σταθερό ορθογώνιο σύστημα (α, β) σε d, q στρεφόμενο σύστημα αναφοράς. Η μετατροπική μήτρα δίνεται παρακάτω:

Όπου, θ είναι η γωνία μεταξύ του στρεφόμενου και του σταθερού συστήματος αναφοράς.
Εάν θεωρήσετε τον άξονα d συμβατό με την ροή μαγνητισμού του ροτόρ, η