YÜK AÇISINA BAĞLI MOMENT DENKLEMİ KULLANILARAK SÜREKLİ MIKNATISLI SENKRON MOTORUN ARM TABANLI GÖMÜLÜ SİSTEM İLE DOĞRUDAN MOMENT KONTROLÜ

Abstract

Sürekli Mıknatıslı Senkron Motorlar (SMSM)'da moment dalgalanmaları motor sürücü sisteminin kontrol performansını olumsuz etkilemekte ve hassas moment gerektiren uygulamalarda kullanım problemleri ortaya çıkarmaktadır. SMSM'lerin kullanım hassasiyetlerinin iyileştirilmesi açısından bu problemlerin tamamen ortadan kaldırılması ya da etkisinin kısmen azaltılması oldukça önemlidir. Bu bağlamda SMSM'lerin kontrolünde moment dalgalanmalarının azaltılması ve hassas kontrol gerektiren sistemler için uygun moment cevabının elde edilmesi hayati bir öneme sahiptir. SMSM'lerde moment dalgalanmasının azaltılması amacıyla, kontrolör tasarımı yapılması, motorun yapısal tasarımı, moment kontrolünde kullanılan akı, moment hesaplama denklemleri gibi birçok konu irdelenerek çözüm bulmak amaçlanmıştır. Bu yöntemlerde, SMSM kontrolünde moment tahmini için kullanılan moment denklemindeki birden çok anlık değişen parametre üzerinde durulmuştur. Anlık değişen parametre sayısının azaltılması durumunda ise momentteki dalgalanma miktarının azaldığı ve bu dalgalanmanın kontrolünün yapılabildiği görülmüştür. Bu doğrultuda anlık değişen tek parametre ile yük açısına bağlı olarak moment tahmin denklemi önerilmiştir. Bu denklem sayesinde moment dalgalanması yalnızca yük açısına bağımlı hale getirilmiştir. Bu konuda literatürde kullanılan iki farklı moment denklemi ile önerilen moment denklemi üzerinde simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Çalışmalar neticesinde önerilen moment denkleminin geçerliliği ispatlanmıştır. Ayrıca Hardware in-the-Loop (HIL) tekniği kullanılarak STM32F429I ARM tabanlı kontrol kartı ile yapılan deneysel çalışma neticesinde önerilen moment denkleminin başarısı deneysel olarak ortaya konulmuştur.

In Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs), torque ripple negatively impacts the control performance of motor drive systems and poses significant challenges in applications requiring high-precision torque output. Eliminating or mitigating these torque fluctuations is essential for improving the accuracy and reliability of PMSM based systems. In this regard, minimizing torque ripple and achieving a precise torque response are critically important for systems that demand high control fidelity. To address torque ripple in PMSMs, various factors have been investigated, including controller design, motor structural configuration, flux control strategies, and torque estimation equations. Among these approaches, particular emphasis has been placed on the torque estimation equation used in PMSM control, which typically involves multiple time-varying parameters. It has been observed that reducing the number of these parameters leads to a decrease in torque ripple and allows for more effective control of the fluctuations. Accordingly, a torque estimation equation has been proposed that depends solely on the load angle and incorporates only a single time-varying parameter. This formulation confines torque ripple to be a function of the load angle alone. Simulation studies comparing the proposed torque equation with two conventional models from the literature have been conducted, and the results confirm the validity and effectiveness of the proposed approach. Furthermore, experimental validation using a Hardware in-the-Loop (HIL) technique with the STM32F429I ARM-based control board has demonstrated the practical success of the proposed torque estimation model.