Abstract
In this paper a smooth starter, based on a dc/dc Buck power converter, for the angular velocity trajectory tracking task of a dc permanent magnet motor is presented. To this end, a hierarchical controller is designed, which is integrated by a control associated with the dc motor based on differential flatness at the high level, and a control related with the dc/dc Buck converter based on a cascade control scheme at the low level. The control at the high level allows the dc motor angular velocity to track a desired trajectory and also provides the desired voltage profile that must be tracked by the output voltage of the dc/dc Buck power converter. In order to assure the latter, a cascade control at the low level is designed, considering a sliding mode control for the inner current loop and a proportional-integral control for the outer voltage loop. The hierarchical controller is tested through experiments using MATLAB-Simulink and the DS1104 board from dSPACE. The obtained results show that the desired angular velocity trajectory is well tracked under abrupt variations in the system parameters and that the controller is robust in such operation conditions, confirming the validity of the proposed controller
چکیده
در این مقاله یک استارتر نرم، براساس یک مبدل توان باک dc/dc، برای عملیات ردیابی مسیر سرعت زاویه ای یک موتور مغناطیس دائم dc ارائه شده است. بدین منظور، یک کنترلر سلسله مراتبی طراحی شده است، این کنترلر با یک کنترل مرتبط با موتور dc و براساس صافی دیفرانسیل در سطح بالا و یک کنترل مرتبط با مبدل باک dc/dc براساس یک شماتیک کنترل آبشاری در سطح پایین یکپارچه شده است. کنترل در سطح بالا، این امکان را می دهد تا سرعت زاویه ای موتور، یک مسیر مطلوب را ردیابی کند، همچنین ولتاژ مطلوب را نیز ارائه می کند، این ولتاژ بایستی توسط ولتاژ خروجی مبدل توان dc/dc ردیابی شود. به منظور اطمینان از حالت دوم، یک کنترل آبشاری در سطح پایین طراحی شده است (با در نظر گرفتن یک کنترل حالت لغزشی برای حلقه جریان داخلی و یک کنترل انتگرال نسبی برای حلقه ولتاژ خارجی). کنترلر سلسله مراتبی از طریق آزمایشات مختلف و با استفاده از MATLAB-Simulink و برد DS1104 از dSPACE تست شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که با توجه به تغییرات ناگهانی پارامترهای سیستم، مسیر سرعت زاویه ای مطلوب به خوبی ردیابی شده است و در چنین شرایط عملیاتی، کنترلر به صورت قدرتمند عمل می کند و این مسئله نشان دهنده اعتبار کنترلر پیشنهادی است.
1-مقدمه
موتورهای dc در سیستم‌هایی که به کنترل بالا نیاز دارند، بسیار پرکاربرد هستند. بنابراین، ماشین‌های غلتک دار، و ابزارهای دیجیتال دقت بالا می توانند نمونه‌هایی از چنین سیستم‌هایی به شمار روند. به طور کلی، به منظور کنترل صافی و سرعت stepless، از تنظیم ولتاژ آرمیچر موتور استفاده شده است{1}. در حالی که با توجه به ولتاژ ورودی موتور، به کارگیری سیگنال مدولاسیون عرض پالس (PWM)، یکی از روشهای پرکاربرد برای گرداندن یک موتور dc می باشد. اگرچه استراتژی سوئیچینگ سخت موجب بروز یک رفتار داینامیکی ناخوشایند می گردد و موجب تغییرات ناگهانی در ولتاژ و جریان موتور می گردد{2}. این مسائل می توانند با استفاده مبدل‌های توان dc/dc رفع گردند، این مبدل با بکارگیری ولتاژ موردنیاز براساس تقاضای عملیات اجرایی می تواند امکان استارت نرم یک موتور dc را فراهم کند، عملیات اجرایی معمولاً ردیابی یک مسیر سرعت زاویه ای مطلوب یا یک مسیر موقعیت زاویه ای مطلوب می باشد....