که سرعت لغزش با معادله و ثابت زمانی رتور با مشخص می‌شود. در حالت پایدار و i_dr = ۰ . دیاگرام فازوری جهت یابی میدان ماشین القایی در شکل(۳-۲) نشان داده شده است.

شکل ۱‌-۳- دیاگرام فازوری جهت‌یابی میدان موتور القایی.
معادله (۱-۳۱) نشان می‌دهد که شار ماشین می‌تواند با کنترل مؤلفه جریان i_ds تعیین شود. بنابراین در حالت پایدار شار ثابت می‌تواند با i_ds ثابت بدست آید. به عنوان یک نتیجه ، کنترل گشتاور به راحتی می‌تواند توسط کنترل i_ds همان طور که در معادله (۱-۲۹) دیده می‌شود بدست آید. معادله (۱-۳۲) مهمترین بیان برای اجرای عملی کنترل مستقیم میدان در ماشین القایی است که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۱-۴-طرح اساسی کنترل جهت‌یابی میدان
کنترل جهت‌یابی میدان ماشین‌ها به دو ثابت به عنوان ورودی های مرجع نیاز دارد: مؤلفه گشتاور هم راستا با محور q و مؤلفه شار هم راستا با محور d. چون کنترل جهت یابی واقعاً به طرح هایی بستگی دارد که ساختمان کنترلی آن می‌تواند کمیت‌های الکتریکی لحظه‌ای را دست‌کاری کند، این موضوع کنترل دقیقی را در خیلی از کارهای عملی مطرح می‌کند. بنابراین کنترل جهت‌یابی میدان برتری‌هایی در روش‌های زیر دارد:
الف ) دسترسی آسان به مرجع ثابت (مؤلفه گشتاور و مؤلفه شار جریان استاتور)
کاربرد آسان کنترل مستقیم گشتاور ، زیرا در چهارچوب مرجع d-q که گشتاور بیان می‌شود داریم : با ثابت نگه داشتن دامنه شار رتور یک ارتباط خطی بین گشتاور و مؤلفه گشتاوربردار جریان استاتور خواهیم داشت. آن گاه می‌توانیم گشتاور را توسط کنترل این مؤلفه کنترل کنیم. بلوک دیاگرام عمومی سیستم کنترل جهت یابی میدان برای یک موتور القایی در شکل ۱-۴ نشان داده شده است. تغییرات زیادی در کنترل جهت یابی میدان ماشین القایی وجود دارد. بسته به چهارچوب مرجع تبدیل به کار رفته ، دو نوع کنترل جهت یابی میدان بیشتر به کار می‌رود ؛ جهت یابی شار رتور (RFO) و جهت یابی شار استاتور (SFO). در کنترل برداری جهت یابی شار رتور ، چهارچوب مرجع به طور سنکرون با شار رتور می‌چرخد ، در حالیکه در جهت یابی شار استاتور چهارچوب مرجع با شار استاتور می‌چرخد. در هر دوی این چهارچوب های مرجع ، دینامیک یک ماشین القایی شبیه یک ماشین DC ظاهر می‌شود که اجازه می‌دهد همانند یک ماشین DC کنترل شود. هم چنین کنترل جهت یابی میدان رتور را می‌توان به صورت کنترل جهت یابی مستقیم و یا غیر مستقیم میدان طبقه بندی کرد که بسته به چگونگی شکل فوران مورد نیاز برای اجرای انتقال چهارچوب مرجع فراهم می‌شود.

شکل ۱‌-‌‌۴- بلوک دیاگرام عمومی برای سیستم کنترل جهت‌یابی میدان.
باتوجه به این بلوک دیاگرام ابتدا جریان های سه فازه به مرجع ساکن استاتور انتقال داده شده،سپس به کمک بردارهای یکه به مرجع مختصات گردان منتقل می شوند.بعد از این ،این جریان ها با مقایسه مقادیرجریان های مرجع و عبور از کنترل کننده های PI،ولتاژهای مرجع اعمالی به اینورتر را تولید می کنند.اینورتر نیز با دریافت این ولتاژهای مرجع می تواند ولتاژمورد نیاز برای تغذیه موتور را فراهم نماید.
۱-۵-کنترل مستقیم جهت یابی میدان^[۲]
آگاهی از موقعیت لحظه به لحظه بردار شار ، هم راستا با چهارچوب مرجع گردان برای جهت یابی صحیح میدان از شرایط ضروری است. معمولاً شناسایی موقعیت شار بر اساس اندازه گیری مستقیم و یا تخمین از روی سایر کمیت های قابل اندازه گیری می‌تواند باشد. چنین دیدگاهی، جهت یابی مستقیم میدان نامیده می‌شود. تنها شار فاصله هوایی می‌تواند مستقیماً اندازه گیری شود. یک طرح ساده برای تخمین بردار شار رتور مبتنی بر اندازه گیری شار فاصله هوایی و جریان استاتور است. عیب روش اندازه گیری مستقیم این است که حس‌گر شار، گران قیمت بوده و احتیاج به محل نصب و نگهداری ویژه دارد. بنابراین موجب کاهش قابلیت اعتماد در موتور القایی است. در عمل شار رتور از جریان و ولتاژ استاتور محاسبه می‌شود. این تکنیک نیازمند آگاهی از مقاومت استاتور همراه با اندوکتانس نشتی و مغناطیس کنندگی می‌باشد. به طور معمول برای انجام این کار از رؤیتگر مدل ولتاژ استفاده می‌گردد. طرح جهت یابی مستقیم میدان در شکل ۱-۵ نشان داده شده است.

شکل ۱‌-‌‌۵- طرح جهت‌یابی مستقیم میدان.
شار استاتور در راستای محورهای و در چهارچوب مربع ساکن می‌تواند از معادلات زیر تخمین زده شود:

(۱-۳۳)

(۱-۳۴)

شار رتوررا نیز می توان با معادلات زیر تخمین زد:

(۱-۳۵)

(۱-۳۶)

که اندوکتانس نشتی است. این روش به پارامترهایی همچون مقاومت استاتور و اندوکتانس نشتی بستگی دارد. مطالعه حساسیت پارامترها نشان می‌دهد که اندوکتانس نشتی می‌تواند اثرات مهمی روی عملکرد سیستم همچون پایداری ، پاسخ دینامیکی و بهره برداری از ماشین و اینورتر داشته باشد. در این مورد مشکل اساسی نیاز به پارامترهای موتور سه فاز است. مقاومت استاتور یک مسئله مهم است، چرا که به درجه حرارت بستگی دارد. دو پارامتر القایی یعنی اندوکتانس مغناطیس شوندگی واندوکتانس معادل رتور به طور معمول تحت تأثیر اشباع قرار می‌گیرند. همچنین انتگرال گیری از سیگنال ها،درفرکانس پایین و قابل ملاحظه شدن افت ولتاژ اهمی رتور در سرعت کم مشکلاتی را ایجاد می کند. این محدودیت ها مانع استفاده از این طرح در سرعت کم می‌شود. به هر حال ، این یک کار عملی است که در بالاتر از یک رنج سرعت قابل قبول و در بسیاری از کاربردها به کار گرفته می شود.
۱-۶-کنترل غیر مستقیم جهت یابی میدان^[۳]
جهت یابی غیر مستقیم میدان مبتنی بر ارتباط با لغزش طوری که در معادله (۱-۳۲) نشان داده شده است ، می‌باشد. الگوریتم کنترل برای محاسبه زاویه شار رتور با بهره گرفتن از کنترل IFO در شکل ۱-۶ نشان داده شده است.

شکل ۱-‌‌۶- طرح جهت یابی غیر مستقیم میدان.
این الگوریتم بر این فرض استوار است که شار در راستای محور q صفر است که یک شرط را به فرمان لغزش که است، تحمیل می‌کند. شرط لازم و کافی برای ضمانت اینکه تمام شار در راستای محور d قرار داشته باشداین است که شار در راستای محور q صفر باشد. آن گاه می‌توان زاویه را با افزودن زاویه لغزش و زاویه رتور محاسبه کرد. زاویه لغزش شرط لازم و کافی برای کنترل مجزای شار و گشتاور را در بردارد. IFOC یک کنترل پیش خور به ثابت زمانی است که در فرکانس لغزش پیش خور جهت یابی میدان را انجام می‌دهد. این کنترل پیش خور به ثابت زمانی مدار باز رتور T_r خیلی حساس است. بنابراین باید به منظور رسیدن به کنترل مجزای گشتاور و شار به وسیله کنترل i_qs و i_ds ، Tr به طور مناسبی شناسایی گردد. وقتی T_r به صورت صحیح تنظیم نشود موتور نیز میزان نشده خواهد بود و عملکرد کنترلر ناشی از کنترل مجزای گشتاور و شار کند خواهد بود.
۱-۷-کنترل سرعت متغیر ماشین القایی
یک سیستم درایو ماشین القایی سرعت متغیر شامل یک ماشین القایی ، یک اینورتر قدرت و یک کنترلر مبتنی بر میکروپروسسور است. معمولاً دو حلقه فیدبک به طور نمونه برای انجام کنترل جهت یابی میدان و کنترل سرعت وجود دارد. کنترل جهت یابی میدان با حلقه داخلی جریان اجراء می‌شود، کنترل مجزای شار و گشتاور می‌تواند با تنظیم جریان محورهای d و q بدست آورده شود. در ناحیه کنترل الکتریکی درایوها ، لختی درایو و مشخصات بار در بسیاری از موارد تغییر می‌کند. علیرغم اینکه کنترل جریان برای عملکرد گشتاور مهم است، کنترل کننده جریان خود به صورت مستقیم به اجراء سیستم ضربه می‌زند. مطلوب این است که سیستم درایوی داشته باشیم که بتواند پاسخ دینامیکی سریعی ارائه دهد، شکل یک کنترل غیرحساس به پارامتر و بازگشت سریع از افت سرعت به خاطر زیر فشار قرار گرفتن بارها ، داشته باشد. یک کنترل کننده رضایت بخش سرعت برای رسیدن به پاسخ مطلوب خیلی مهم است. به طور سنتی یک کنترل کننده تناسبی انتگرالی (PI) در حلقه تنظیم سرعت خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر کنترل کننده PI به خوبی میزان شود یک اجراء نسبتاً خوبی را با وضعیت نیرومند و مقاوم ارائه می‌دهد. کنترل کننده PI معمولاً در یک ناحیه خطی با چشم پوشی از اثر اشباع و غیرخطی بودن طراحی می‌شود. در بعضی از نواحی کار، رفتار چنین کنترل کننده ای می‌تواند رضایت بخش باشد. وقتی که کنترل کننده برای درایو موتور سرعت متغیر به کار می‌رود ، عملکرد بد درایو باعث فراجهش بزرگ ، زمان تنظیم آهسته و حتی ناپایداری می گردد. بنابراین پارامترهای کنترل کننده باید مطابق شرایط عملکرد متغیر موتور القایی اصلاح شوند. این موضوع دشواری^[۴] on-line کردن پارامترهای کنترل کننده را اضافه نموده و باعث بوجود آمدن چند اشکال در کاربرد PI به عنوان کنترل کننده سرعت می‌شود که عبارتند از:
الف) کنترل کننده PI یک تنظیم ثابت بهره PI دارد که نمی‌تواند نیازمندیهای فرمان های مختلف سرعت را میزان کند.
ب) عدم توانایی کنترل کننده سرعت PI در میزان شدن دستی ، وقتی که پارامترهای ماشین تغییر می‌کنند.
ج )تنظیم بهره PI خیلی زمان بر است.
محدودیت های کنترل کننده PI باعث جستجوی تکنیک های دیگر کنترل همانند منطق فازی ، کنترل مد لغزشی ، کنترل تطبیقی و غیره شده است. کنترل منطق فازی^[۵] (FLC) یک روش منظم برای وارد کردن تجربه بدن درکنترل کننده ها ارائه می‌دهد. این روش با مدارهای غیر خطی بالا بهتر اجراء می‌شود. فائق آمدن بر پارامترهای متغیر اهمیت کشف کردن تکنیک های کنترل غیر از کنترل کننده PI متداول را تأیید می‌کند. کنترل مد لغزشی به دلیل عدم حساسیت به پارامترهای متغیر (در صورتی که حد و مرزهای پارامتر متغیر شناخته شود) و ساده بودن از نظر محاسبه برای اجراء چهره ای جذاب از خود نشان داده است. یک امر ضروری در کنترل مد لغزشی این است که کنترل فیدبک به صورت ناپیوسته چندین بار در فضای حالت سوئیچ شود. در حالت ایده آل ، کنترل ، با کلید زنی با فرکانس بی نهایت بالا برای حذف انحرافات از لغزش گوناگون رخ می‌دهد. در عمل فرکانس کلید زنی، به دلیل محدود بودن زمان و غیردینامیکی بودن مدل نمی‌تواند بی نهایت بالا باشد. این یک مشکل نامطلوب برای بسیاری از کاربردهاست که برای رفع آن طرح هایی هم چون کنترل کننده مد لغزشی با لایه مرزی و کنترل کننده فازی مد لغزشی پیشنهاد گردیده است.

موجودات که باتوجه به جثه، چالاکی ،سرعت و مصرف انرژی عملکرد موثری از خود نشان می دهند، از اصولی بهره می برند که با اکثر ساخته های دست بشر تفاوت اساسی دارد. آنها دوران بدنشان را در فضا بوسیله ارگان های مخصوصی موسوم به هالتر حس می کنند. این ارگان یک جفت زائده صلب است که در دو طرف بدن حشره با فرکانسی درحدود ۱۳۰Hz در فاز مقابل بال ها ارتعاش می کند. هنگام دوران در فضا، یک نیروی کوریولیس تناوبی به نوک هالترها اعمال می شود که حشره آنرا حس می کند. مکانیزم مذکور، الگوی طبیعی ژیروسکوپ های ارتعاشی است. این نوع ژیروسکوپ ها ابزار اندازه گیری سرعت زاویه ای هستند که اساس عملکردشان (مشابه ژیروسکوپ های مکانیکی با جرم دوار) اصل کوریولیس است. اما تفاوت اصلی در آن است که به جای جرم دوار (اصل بقای اندازه حرکت زاویه ای) از اندازه حرکت یک جسم الاستیک مرتعش (اصل بقای اندازه حرکت خطی) استفاده می شود. ماهیت عملکرد این دسته از ژیروسکوپ ها، ویژگی منحصر به فردی را ممکن می سازد. به عنوان مثال به علت نداشتن قطعه متحرک بی نیاز از موتور و یاتاقانند و بنابراین نسبت به اکثر متغیرهای تاثیرگذار محیطی غیر حساس و دارای کارکرد طولانی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند. از امتیازات دیگر، می توان به زمان کوتاه پاسخگویی (کمتر از یک ثانیه)، دریفت و نویز کم ( ۰٫۱^o/h ) دقت و حساسیت عالی، مصرف ناچیز انرژی ( ۳Watt>) و کاهش فوق العاده حجم با بهره گرفتن از فن آوری میکروماشین کاری اشاره کرد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

بنابراین در مقایسه با ژیروسکوپ های مکانیکی و نوری (که گران و حجیم هستند) بسیار ارزان ترند و
حجم بسیار کمی را اشغال می کنند. تلاش اولیه در طراحی این نوع ژیروسکوپ در مواردی نظیر
پایداری و هدایت موشک ها و مهمات هوشمند از صنایع نظامی آغاز شد، اما اخیرا در صنایع غیر نظامی نظیر اتومبیل سازی (سیستم ترمز پیشرفته برای جلوگیری از لغزیدن خودرو) و دوربین های دستی (برای پایداری تصویر) و صنعت روباتیک کاربرد پیدا کرده است. در مجموع هر چه تکنولوژی پیشرفت کند امکان ساخت ژیروسکوپ های ارتعاش کوچک تر، ارزانتر و دقیقتر فراهم می شود و استفاده ازآنها گسترش بیشتری می یابد. فصل اول همراه با مقدمه ای بر ژیروسکوپ های ارتعاشی MEMS، سیر تاریخی و تکامل این نوع ژیروسکوپ و کاربرد های مختلف آن را ارائه می کند و سپس مبانی عملکرد و رفتار رزوناتورهای مختلف را مورد بررسی قرار می دهد. دراین فصل نشان داده خواهد شدکه اصول عملکرد ژیروسکوپ های ارتعاشی با انواع رزوناتورها ، مبتنی براثرکوریولیس است.
۲–۱ – گام های توسعه در تکوین ژیروسکوپ های ارتعاشی
در سال ۱۸۵۱ فوکو با بهره گرفتن از پاندول نوسانی دوران زمین را نشان داد. پاندول فوکو را می توان نمونه اولیه ژیروسکوپ های ارتعاشی دانست. در سال ۱۹۶۴ کوئیک تحلیلی از تار مرتعش بعنوان یک سنسور حرکت زاویه ای را ارائه کرد. ثابت بودن یک سر تار و حرکت طولی طرف دیگر باعث تحریک در مود اول ارتعاش می شد. کوئیک بیان می دارد که اگر تکیه گاه حول محور تار شروع به دوران کند، صفحه ارتعاش ثابت خواهد ماند. او در مقاله اش به بررسی شرایط پایداری، اثر نواقص، عدم تقارن میرایی و الاستیک پرداخته، اما هیچ گونه توضیح عملی یا نتایج آزمایشگاهی ارائه نداده است. این طرح نیز همانند پاندول فوکو، یک سنسور تعیین زاویه دوران بود. در اوایل دهه ۱۹۸۰، اولین نمونه ژیروسکوپ های ارتعاشی (سنسورهای تعین سرعت زاویه ای) ساخته شد. در این نمونه از ماده پیزوالکتریک کوارتز استفاده شد که دارای بازده و ضریب کیفیت بالا در فشار اتمسفر بود. در سال
۱۹۹۱، شرکت ژاپنی موراتا دو طرح بسیار کم هزینه ارائه داد. در یک طرح از تیر فولادی با مقطع مثلثی استفاده کرد که بوسیله المان های پیزوالکتریک متصل به سطوح تیر، تحریک شده و حس می گردید. رزوناتور دوم، یک تیر چهارگوش پیزوالکتریک بود. در هر دو طرح، رزوناتورها در مود اول ارتعاشی یک تیر دوسر آزاد ارتعاش می کردند که تکیه گاه ها روی نقاط گرهی قرارگرفته بودند. طرح های ژیروسکوپی مبتنی بر رزوناتورهای تار، تیر مرتعش و پاندولی نسبت به شتاب های خطی حساس هستند. در صورتی که از یک رزوناتور متقارن مثل دیازپازون (که شاخک های آن دارای ارتعاش برابر اما مختلف الجهت هستند) استفاده شود، عیب مذکور مرتفع می گردد. طرح اول دیاپازون مرتعش بوسیله هانت و هابس ارائه شد. در این طرح، نیروهای کوریولیس ناشی از دوران شاخک های مرتعش حول محور طولی دیازپازون، باعث نوسان پیچشی پایه می شود که دامنه آن باسرعت زاویه ای اعمال شده ،متناسب است. طرح مذکور پر هزینه و حجیم بود و شاید دلیل اصلی بی نتیجه ماندن طرح های اولیه ژیروسکوپ های ارتعاشی را بتوان همین موضوع عنوان کرد، که با بهره گرفتن از فرآیندهای میکروماشین کاری و کوچک شدن ابعاد آنها، این نقیصه برطرف گردید. گام اصلی در این زمینه را شرکت سیسترون دانر برداشت. در طرح این شرکت از یک دیاپازون چهارشاخه استفاده شد که از یک جنس ماده پیزوالکتریک ( کوارتز تک کریستال) بود. دو شاخه اول حرکت نوسانی مختلف الجهت داشته که تحت تاثیر دوران، نیروی کوریولیس باعث تولید اندازه حرکت پیچشی در پایه دیاپازون می شد. در نتیجه، دو شاخه دیگر دیاپازون مطابق پیچش پایه و متناسب با سرعت زاویه ای اعمال شده اما با فرکانس طبیعی متفاوت، خارج از صفحه ارتعاش می کرد. در همین سال، شرکت دراپر دیاپازونی مرتعش از جنس سیلیکون – شیشه ارائه داد که بصورت الکترواستاتیکی تا دامنه حرکت ۱۰μm تحریک می شد.
همچنین نمونه هایی با دامنه ارتعاش زیاد و مکانیزم تحریک الکترومغناطیسی ارائه شده است. درصنعت اتومبیل سازی ،شرکت دایملر – بنز با استفاده ازسیستم تحریک پیزوالکتریک که از قرار دادن یک لایه
نازک نیترید آلومینیوم روی شاخک ها حاصل می شد، تنش برشی ناشی از دوران پایه دیازپازون را
بصورت پیزوالکتریک به عنوان خروجی اندازه گرفت. نمونه ای از رزوناتورهای دیاپازونی نیز بوسیله سودرکویست ارائه شد،که از یک دیاپازون دوشاخه بدون استفاده از پایه پیچشی بهره می برد. استفاده
از رزوناتورهای پوسته ای نیز گسترش چشمگیری یافته است. تحلیل ارتعاش و اثر دوران روی این دسته از رزوناتورها (استوانه ای و ناقوسی شکل) که در سال ۱۸۹۰ توسط برایان انجام شد، در دهه ۱۹۶۰ مبنای کار شرکت جنرال موتور برای طراحی موفق یک ژیروسکوپ ارتعاشی با رزوناتور نیم کره ای قرار گرفت. رزوناتور نیم کره ای این رزوناتور، از کوارتز هم جوش ساخته شده بود، که بطور الکترواستاتیکی تحریک و حس می گردید. تعداد زیادی اختراع نیز بر این اساس به ثبت رسیده است. فن آوری HRG (ژیوسکوپ بارزوناتور های نیم کره ای) همراه با هزینه و حجم کم و بازده بالا، امکان رقابت با ژیروسکوپ های دقیق نوری را فراهم کرد. ژیروسکوپ ارتعاشی سیلندری، رزوناتور دیگری است که از ایده برایان ناشی شده است. دراین نوع، از یک استوانه نازک فولادی یک سر گیر دار، با المانهای مجزای پیزوالکتریک به منظور حس و تحریک استفاده شده است. کاربرد اولیه این طرح در موشک ها و بمب های هوشمند بود که توانایی این سنسور را در تست های شوک تا g25000 را به اثبات رساند.
همچنین اولین کاربرد تجاری آنرا می توان در مسابقات اتومبیل رالی فرمول-۱، ۱۹۸۷مشاهده کرد در نمونه های جدید، به جای اتصال المان های پیزوالکتریک به سطح استوانه ای کل پیکره از ماده پیزوالکتریک ساخته می شود. شرکت بریتیش ایرواسپیس نمونه ای از آنرا همراه با دو طرح جدیدتر مبتنی بر رزوناتورهای حلقوی ارائه داده است. در یکی از طرح ها سیستم تحریک الکترو مغناطیسی و سیستم حس کننده، خازنی می باشد. اما در طرح دوم هر دو سیستم، الکترومغناطیسی است. امروزه فن
آوری بر کاهش هزینه تولید این دسته از ژیروسکوپ ها متمرکز شده است. دراپر در سال ۱۹۹۱ اولین ژیروسکوپ ارتعاشی میکروماشینی سیلیکانی را پیشنهاد داد[۴]. در سال ۱۹۹۴ میکروژیروسکوپ ها توانستند که به سطح کاربری تجاری برسند[۵].
۳–۱– تعریف مفاهیم بایاس، ضریب تبدیل، ضریب کیفیت و پهنای باند
اطلاعات جامع تر در مورد این مفاهیم در مرجع [۶] آمده است. در اینجا به بیان مختصری از این مفاهیم اکتفا می کنیم.
بایاس :
بایاس توسط دو مولفه بیان می شود: مولفه غیراحتمالی(قطعی) که انحراف بایاس نامیده می شود اشاره به انحراف ناشی از اندازه گیری توسط سنسور در نتیجه ورودی صفر دارد و دیگری مولفه احتمالی است که خطای بایاس نامیده می شود اشاره به میزان خطا در واحد زمان دارد. خطای بایاس، خطای بلند مدت یا کوتاه مدت ژیروسکوپ بوده و معمولا بر حسب ^۰ /s یا ^۰ /hr بیان می شود.
ضریب تبدیل :
ضریب تبدیل رابطه بین سیگنال خروجی و کمیت فیزیکی ورودی می باشد و بصورت میزان تغییر در ولتاژ خروجی بر حسب تغییر سرعت دورانی تعریف می شود و بر حسب V/ ^۰ /s بیان می شود. ضریب تبدیل یک مولفه غیراحتمالی بوده و بوسیله کالیبراسیون آزمایشگاهی تعیین می شود.
ضریب کیفیت :
ضریب کیفیت عبارت است از میزان تلفات متناوب انرژی در یک سیستم نوسانی. آن بر حسب نسبت بین انرژی نهایی ذخیره شده در سیستم( E) به میزان تلفات انرژی توسط چرخه (E∆ ) بیان می شود.
مکانیزم اتلاف انرژی در رزوناتورهای شامل میرایی هوا، اتلاف سپر(مهار) صوتی، میرایی ترموالاستیک و اصطکاک داخلی می باشد. مجموع تلفات انرژی رابطه مستقیمی با تلفات انرژی نهایی داشته و مجموع معکوس هر کدام از ضرایب کیفیت برابر با معکوس ضریب کیفیت نهایی سیستم می باشد که بصورت زیر بیان می شود:
پهنای باند :
برای سیگنالهای آنالوگ که بصورت تابعی از زمان به نمایش در می آیند، پهنای باند ∆f بر حسب هرتز اندازه گیری می شود. حدود پهنای باند در سیگنالهای آنالوگ در شکل ۱-۱ نشان داده شده است.

شکل ۱-۱- پهنای باند در سیگنالهای آنالوگ
۴–۱– اصول عملکرد میکرو ژیروسکوپ ارتعاشی
همانطور که پیش ازاین ذکر شد، مبنای عملکرد تمام ژیروسکوپ های ارتعاشی اثر کوریولیس است. میکرو ژیروسکوپهای ارتعاشی، دارای اجزاء غیر دواری هستند، که از اثر ناشی از شتاب کوریولیس جهت
تعیین میزان دوران زاویه ای اینرسی استفاده می شود. شتاب کوریولیس که بخاطر چرخش دستگاه مختصات مرجع ظاهر می شود، شتابی است که از آن جهت توصیف حرکت دورانی دستگاه مرجع و محاسبه حرکت محوری استفاده می شود. اثر کوریولیس در پدیده های زیادی که دوران پیچیده ای دارند ازجمله جریان هوا در بالای سطح زمین در نیمکره شمالی و جنوبی دیده می شود.
برای درک بهتر این اثر (که به نام مهندس فرانسوی نام گذاری شده)، ذره ای را درنظر بگیرید که با سرعت ثابت در امتداد محورy حرکت می کند و ناظر قرار گرفته بر روی محور x به آن نگاه می کند. ( شکل ۲-۱).

شکل ۲-۱- اثر کوریولیس
همانطور که در تصویر فوق مشخص است ناظر روی محور-x سیستم مختصات xyz قرار می گیرد. اگر در سیستم مختصاتی فوق دوران حول محور- z با سرعت زاویه ای صورت گیرد، ناظرگمان می کند که ذره نسبت به محور-x با شتابی معادل تغییر مسیر می دهد. نیروی حاصل از این شتاب در محور سومی ظاهر می شود،که برصفحه در برگیرنده محوردوران و بردار سرعت ذره عمود بوده و مقدار آن با سرعت زاویه ای محور- z متناسب می باشد. هر چند که نیروی واقعی ای بر ذره اعمال نشد، اما از نظر ناظر دوران دستگاه مرجع یک نیروی ظاهری را ایجاد می کند که مستقیما متناسب با سرعت دوران می باشد. این اصل مبنای مشترک عملکرد ژیروسکوپ های ارتعاشی با انواع مختلف رزوناتور است. نیروی کوریولیس با بهره گرفتن از رابطه زیر بدست می آید :
= ۲m
که m جرم المان حساس، سرعت المان حساس و سرعت زاویه ای اندازه گیری شده می باشد.
از آنجائیکه نیروی کوریولیس متناسب با سرعت است حساسیت بهتر می تواند با افزایش سرعت تحریک المان حساس بدست آید. رزوناتور ژیروسکوپ های ارتعاشی را می توان به سه دسته رزوناتورهای ساده (جرم وفنر، تیرها و تارها)، رزوناتورهای بالانس (انواع دیاپازونی) و رزوناتورهای پوسته ای (استوانه ای – کروی – ناقوسی وحلقوی ) تقسیم بندی نمود. ساده ترین نمونه عملی از ژیروسکوپ های ارتعاشی سیستم جرم، فنر و دمپر می باشد. یک تیر یک سرگیردار نمونه ساده دیگری از رزوناتور ژیروسکوپ ارتعاشی است. حرکت نوسانی تیر در راستای محور-y تحت اثر دوران حول محور طولی (محور-z) و درنتیجه اثر کوریولیس رفتار نوسانی را در راستای محور-x از خود نشان خواهد داد، که دامنه آن با سرعت زاویه ای اعمال شده، متناسب است. نمونه کاربردی این سیستم که توسط یک شرکت ژاپنی موراتا ساخته شد مطابق شکل ۳-۱ از یک تیر یک سر گیردار با مقطع مثلث متساوی الاضلاع بهره می برد، و بوسیله المان های پیزو الکتریک متصل به سطوح تیر، حس شده و تحریک می گردد. انتخاب سطح مقطع متساوی الاضلاع بدان دلیل است که محورهای خمشی یکسان می باشند. این شرایط تضمین کننده برابری فرکانس طبیعی تیر در امتداد محورهای ox و oy است. ولتاژAC اعمال شده به المان پیزو الکتریک سطح C باعث حرکت اولیه تیر در امتداد محور oy می شود. وقتی تیر به طور ثابت
حول محور طولی خود (oz) دوران می کند، اختلاف بین سیگنال های خروجی المان های پیزوالکتریک سطوح A وB سیگنال سینوسی است که به عنوان خروجی شناخته شده و دامنه متناسب با نرخ دوران می باشد.
شکل۳-۱- رزوناتور تیری شکل با مقطع مثلثی و المانهای پیزوالکتریک
رزوناتورهای پوسته ای را می توان به اشکال ناقوسی ، نیم کره ای و استوانه ای تقسیم بندی نمود که براساس تولید نیروی کوریولیس ناشی از دوران و انتقال انرژی بین دو مود ارتعاشی کار می کنند. از آنجایی که در این رزوناتورها، درحالت ایده آل کوپلینگ کوریولیس بین دو مود ارتعاشی متعامد، دارای شکل مود و فرکانس طبیعی برابر است، لذا به تغییر درجه حرارت حساسیت کمتری دارند. انواع نیم کره ای و استوانه ای دارای گستردگی بیشتری می باشند، که در این میان نوع نیم کره ای در مقایسه با استوانه دارای دقت بالاتر (دریفت کمتر از ۰٫۰۰۵^deg/_h) والبته هزینه بیشتر می باشد.
پوسته نیم کره ای این رزوناتور بطور دقیق ماشین کاری شده و سپس به منظور کاهش ناهمگنی ها و خطای ماشین کاری بالانس دینامیکی می شوند. با اعمال یک سیگنالAC به المان های تحریک، پوسته شروع به نوسان در مود اول ارتعاش می کند. مود اول ارتعاش ناشی از دو موج با دامنه و سرعت
یکسان می باشد، که دوران اعمال شده حول محور طولی باعث اختلاف سرعت دو موج شده و نوسان پوسته را وارد مود دیگری می نماید که عمود بر مود اول ارتعاشی است. به ازای هر۹۰^° دوران، موقعیت شکم و گره های رزوناتور، با توجه به جهت دوران جابجا خواهد شد. مواردی مثل میرایی مادی و محیطی رزوناتور، میرایی ناشی از محل اتصال المان های سنسور و تحریک به بدنه رزوناتور، یکنواخت نبودن صافی سطح (صافی سطح یکنواخت زیر۰٫۱μm) و لقی، از عمده منابع تولید دریفت در رزوناتور نیم کروی می باشد. مبنای عملکرد رزوناتورهای استوانه ای و حلقوی نیز همانند نیم کره ای است. پژوهشگران زیادی میکرو ژیروسکوپهای ارتعاشی را با بهره گرفتن از شتاب کوریولیس طی دهه گذشته طراحی نموده اند [۵، ۶، ۷و۸].
۵–۱– ساختارهای معمول میکروجایروها
ویژگی‌های ساختاری و ابعاد و اندازه‌های ژیروسکوپ‌های MEMS به نحوی است که دستیابی به دقت‌های مورد انتظار در کاربردهای هوا – فضایی مثل سیستم‌های ناوبری اینرسی، سیستم‌های هدایت و سیستم تعیین و کنترل وضعیت هواپیماها، موشک‌ها و فضاپیماها تاکنون بدست نیامده است. با توجه به اینکه زمینه میکروژیروسکوپ‌ها به عنوان یک شاخه علمی جوان مطرح بوده و هنوز در ابتدای راه می‌باشد، پاسخ به این سؤال که آیا در آینده‌ای نزدیک و حتی دور می‌توان انتظار دقت‌های بالا از این سنسورها را داشت یا خیر، می‌تواند یک بحث راهبردی باشد. زیرا در صورتی که جواب سؤال فوق منفی باشد برای کاربردهای فوق‌الذکر در صنعت هوا- فضا مجبور به بازگشت به ژیروسکوپ‌های متداول فعلی خواهیم بود و یا در غیر این صورت اگر نخواهیم به طور کامل از MEMS قطع امید کنیم، بایستی به دنبال ساختارهای جدید دیگری از میکروجایروها باشیم که قابلیت دستیابی به دقت‌های بالا در آنها متصور باشد.
ساختارهای معمول و موجود میکروجایروها از جنبه‌های ذیل بررسی و تبیین می‌گردد:

• اصول عملکرد،‌ ویژگی‌های ساختمانی، نحوه تحریک و استخراج سیگنال خروجی

(۴-۷)

(۴-۸)

وقتی که سوییچ بسته باشد در مدت زمان DT ولتاژ ورودی دو سر سلف می افتد و شروع به شارژ شدن با رابطه (۴-۸) می کند.
با توجه به شکل ۴-۱۰ جریان سلف روابط ولتاژی را بدست می آوریم که از روی آن مقدار مقاومت معادل را بدست آورده.

DT
(۱ − D)T
I_max
I_min

ΔI
i_L
شکل ۴-۱۰- جریان سلف در دو زمان قطع و وصل سوییچ

(۴-۹)

شبیه سازی مدل مبدل بوست^[۵۱] در متلب و ورودی سوییچینگ MPPT در شکل ۴-۱۱ نشان داده شده است و بدست آوردن مقدار سلف مورد استفاده در بین ماژول خورشیدی و مبدل بوست در مقادیر مختلف توان نصب ماژول باید محاسبه کرد در صورتی که مقدار مناسبی برای آن نداشته باشیم یک نوسان در تولید ولتاژ DC در مدت زمانی بیشتر از تصمیم گیری سوییچینگ به وجود می آید.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل ۴-۱۱ مدار مبدل بوست و سلف و ورودی سوییچینگ MPPT شبیه سازی شده در متلب
۴-۷ مدار داخلی مبدل بوست شبیه سازی شده در متلب :
شکل ۴-۱۲ مدار داخلی مبدل بوست
در اینجا با سوییچ توسط تولید موج از الگوریتم MPPT می تواند ولتاژ خروجی را متناسب کرده برای تحویل توان حداکثر به شبکه تنظیم می شود، این مقدار توسط متغیر D_BOOST در شبیه سازی نشان داده شده است. در زیر یک نمونه از شبیه سازی در حالتی که مقدار موج D_BOOST در شکل ۴-۱۲ با توجه به اینکه چرخه دارای وظیفه کاری ۵۰% می باشد و ولتاژ نمونه که دارای مقدار ۶۴ ولت باشد در خروجی حدود ۱۲۸ ولت می باشد و در شکل۴-۱۳ دو نمودار با هم نشان داده شده است.

شکل ۴-۱۳ ورودی و خروجی ولتاژ مبدل بوست با مقدار ۵۰% دستور MPPT
۴-۸ الگوریتمMPPT:
۴-۸-۱روش کنترل P&O:
به دلیل داشتن ساختار فیدبک ساده و داشتن یک تعداد کمی از پارامتر کالیبراسیون، روش کنترل P&O است، به طور گسترده ای استفاده می شود. در دوره تابش خورشید این با افزایش و کاهش ولتاژ عمل می کند. قدرت خروجی آرایه با توان خروجی خورشیدی مقایسه برای دوره قبل و MPP متوالی ردیابی شده. این روش کنترل توسط فلوچارت برای عمل کرد کنترلی در شکل ۴-۱۴ ترسیم شده.
شکل ۴-۱۴ فلوچارت روش
۴-۸-۲ روش هدایت افزایشی:
شکل ۴-۱۵ دسته بندی مکان های نمودار توان – ولتاژ برای ردیابی نقطه MPP
با توجه به معایب روش های معمول، روش ها و الگوریتم های دیگر که سعی در کاهش و یا حذف معایب از شبکه عصبی و کنترلر فازی جهت MPPT استفاده شده است . این روش ها دارای کارایی خوبی می باشند، اما جهت اجرای عملی سخت و پیچیده اند و نیز از ترکیب روش های CV و P&O استفاده شده است از آنجا که به ازای تابش کم خورشید راندمان روش P&O کم بوده و راندمان روش CV زیاد می باشد، بنابراین ازCV در صبح و عصر و یا دیگر شرایط تابش نور کم و ازP&O در دیگر ساعات استفاده می شود و نیز جهت کاهش احتمال ردیابی اشتباه تنها تغییرات اعمالی بوسیله الگوریتم P&O توسط الگوریتم تشخیص در نظر گرفته می شود. این روش دارای راندمان و دقت خوبی می باشد اما دارای پاسخ سریعی نیست نیز روش ساده ای بر اساس انداز ه گیری جریان اتصال کوتاه و محاسبه جریان بهینه (جریانی که در آن توان ماکزیمم می شود) ارائه شده است. این روش ساده بوده و دارای دقت و راندمان بالایی می باشد. اما به دلیل لزوم اندازه گیری جریان اتصال کوتاه باید خروجی اینورتر اتصال کوتاه گردد که این روش برای اجرا در سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه مناسب نیست.. و نیز روش P&O با گام متغیر معرفی شده است که باعث کاهش نوسان در نقطه MPP شده است ونیز از روش های بهبودیافته P&O استفاده شده است که دارای کارایی مناسب، اما سرعت کمتری می باشند. در این مقاله به بررسی و ساخت سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه با در نظر گرفتن از(MPPT) پرداخته می شود. [۳۴]
۴-۸-۳دنبال کننده حداکثر توان(MPPT):

که در رابطه بالا و . دیده می شود که اگر سیستم به درستی همگرا شود، آن گاه مدل تخمین زده شده با مدل واقعی یکسان خواهد بود. با تعریف تابع هزینه ای به شکل زیر:

(۱۴-۳)

با بهره گرفتن از مرجع[۲۶ و ۳۰] در می یابیم که در صورتی که تخیمن پارامترها از رابطه:

(۱۵-۳)

که در آن پارامتر از رابطه

(۱۶-۳)

به دست خواهد آمد، تابع هزینه معادله (۱۴-۳) به حداقل مقدار خود خواهد رسید و یا در واقع نُرم خطای تخمین حداقل می شود.
توجه: با گسسته سازی معادلات (۱۴-۳) تا (۱۶-۳) به معادلات (۷-۳)، (۱۰-۳) و (۱۲-۳) خواهیم رسید.
برای اینکه شرط همگرایی به صفر برای برقرار باشد، می بایست تحریک پایا صورت پذیرد. توضیح جامعی از این قضیه در مرجع [۲۷] آورده شده است. در اینجا با اندکی تغییر بیان این قضیه بدون اثبات آورده می شود.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۵– ۳– قضیه تحریک پایا[۲۷](صفحات ۱۷۷ تا ۱۸۰)
ماتریس زیر را در نظر بگیرید:
اگر این ماتریس دارای مرتبه کامل باشد آنگاه تحریک پایا خواهیم داشت.
در واقع با بیانی ساده تر می توان گفت در صورتی که سیگنال تحریک کننده پایا نباشد، همه مود های سیستم تحریک نخواهند شد. از تئوری تحریک پایا می توان گفت ، اگر سیگنال پایا باشد، آنگاه می توان گفت که خطای تخمین. نشان داده می شود [۳۰] در صورتی که باشد، آنگاه تحریک پایا صورت می پذیرد و سرعت زاویه ای نیز همانند سایر پارامترهای نامعین می تواند تعیین گردد. سرعت زاویه ای از رابطه محاسبه می شود.
به طور خلاصه اگر سیگنال های و مورد استفاده قرار گیرند، آنگاه به صورت مجانبی به صفر میل خواهند نمود و بنابراین سرعت زاویه ای می تواند تعیین گردد.
فصل چهارم
کنترلر تطبیقی مدل مرجع بهبود یافته برای کنترل ژیروسکوپ MEMS
۱–۴– مقدمه
وقتی یک ژیروسکوپ در معرض چرخش و یا در واقع سرعت دورانی قرار می گیرد، پاسخ محور حساسیت اطلاعاتی در مورد این سرعت دورانی ارائه می دهد. با توسعه تکنولوژی MEMS، ژیروسکوپ های MEMS برای کنترل حرکات غلطشی و نیز کنترل حالت سر خوردن اتومبیل ها ، پایدار سازی دوربین ها، ابزار کمک ناوبری برای GPS، صنایع گوناگون مانند هوافضا و غیره به کار گرفته شده است[۳۳]. اما با این وجود، عیب های ناشی از ساخت و ارتعاشات محیطی که ایجاد ترمهای تداخلی نامطلوب ، اغتشاشات نامعین، نویز های ورودی و اندازه گیری، و تغییر در پارامتر های سیستم می نمایند که سبب کاهش عملکرد مطلوب سیستم را می شود. همچنین عوامل خاصی وجود دارد که بر عملکرد ژیروسکوپ ها اثر می گذارد که تحت عنوان پارامترهای تداخلی نامیده می شوند. پارامترهای تداخلی، عباراتی را شامل می شوند که در معادلات حرکت محور حسگر و محور تحریک وجود دارند و به شکل ضرایب فنریت و میرایی که در موقعیت و یا سرعت خطی ضرب شده اند، ظاهر می شوند و به این شکل یک تداخل بین معادلات حرکت محور های حسگر و محور تحریک به وجود می آورند. پارامترهای میرایی تداخل معمولا کوچک هستند و در برابر ترمهای فنریت تداخلی قابل مقایسه نیستند. در نتیجه یک سیستم کنترلی می بایست وجود داشته باشد تا عملکرد ژیروسکوپ را بهبود بخشد و پایداری سیستم را تضمین کند. برای حذف اغتشاشات و رسیدن به عملکرد مقاوم در برابر نامعینی های مدل سازی ژیروسکوپ های MEMS، روش های کنترلی پیشرفته می بایست به کار گرفته شود. دو نوع کنترل متداول در مورد ژیروسکوپ های MEMS عبارتند از: کنترل دو محور ارتعاشی(یا مد) ژیروسکوپ، و تخمین نرخ چرخشی متغیر با زمان[۳۴].کنترلر تطبیقی مدل مرجع (MRAC) یکی از از روش های متداول در کنترل تطبیقی است. این ساختار به شکل قدیمی آن برای کنترل سیستم های خطی در حضور نامعینی های پارامتری طراحی شد. با توسعه نظریه پایداری لیاپانف، این نظریه برای بهبود MRAC مورد استفاده قرار گرفت. این نظریه شرط کافی را برای عملکرد پایدار سیستم بدون لحاظ نمودن مشخصات فرکانسی کنترلر به دست آمده را فراهم می سازد. شمای کلی یک MRAC در شکل ۱-۴ نمایش داده شده است. مهمترین مشکل در به کارگیری الگوریتم MRAC با بهره های بالا، حساسیت زیاد سیستم به تاخیر زمانی سیستم می باشد. در مراجع [۳۵و ۳۶] این مشکل را به طور مفصل توضیح می دهند و یک اسلوب جدید برای طراحی کنترلر تطبیقی ارائه می کنند. کنترلر حاصل از تطبیق پذیری بالایی برخوردار است و پاسخ فرکانسی دلخواهی را با باند عملکردی قابل محاسبه به صورت تحلیلی ارائه می کند. به علاوه با توجه به [۳۷، ۳۸ و ۳۹] بر خلاف الگوریتم MRAC متداول، روش تطبیقی یاد شده دارای تضمین پایداری در برابر تاخیر زمانی در عین تطبیق پذیری بالا خواهد بود.
در زیر به پاره ای از تایخچه ای از کارهای انجام پذیرفته در زمینه کنترل تطبیقی و کنترل MEMS اشاره می شود:
استروم[۲۷]، ایونوا و سان [۴۰] و تائو[۲۹] کنترل تطبیقی مدل مرجع را توضیح می دهند. در سالهای اخیر، فعالیت های زیادی برای بهبود عملکرد کنترلر های تطبیقی صورت پذیرفته است که برای اشاره به تعدادی از آنها می توان از [۳۸، ۳۹، ۴۱، ۴۲و ۴۳] نام برد. یک قانون تطبیقی و تلفیق آن با شناسایی پارامترها، به صورت تحلیلی توسط فرادکف و آندریفسکی[۳۴ و ۴۴] پیشنهاد گردید. کائو و هواکیمیان [۳۹، ۴۵ و ۴۶] یک ساختار کنترلی جدید ارائه نمودند که تضمین می کند که ورودی و خروجی یک سیستم خطی نامعین از ورودی و خروجی یک سیستم دلخواه تبعیت کنند. زارع [۴۷ و ۴۸] از این کنترل تطبیقی یاد شده را برای کنترل برخی سیستم های پروازی بهره گرفت. برخی الگوریتم های کنترلی نیز برای کنترل ژیروسکوپ MEMS توصیه شده اند. فی و باتور [۴۹]یک کنترل تطبیقی مد لغزشی را برای کنترل ژیروسکوپ MEMS استخراج کردند تا سرعت زاویه ای را تعیین کند. باتور [۳۲] یک کنترلر مد لغزشی ارائه نمود که با ترکیب با یک استراتژی کنترلی تعدیل نیرو ترکیب شده است و سرعت زاویه ای را تخمین می زند. للاند[۴۱] یک کنترلر تطبیقی برای تنظیم فرکانس طبیعی محور تحریک یک ژیروسکوپ ارتعاشی ارائه کرد. یک کنترلر تطبیقی نیز در [۳۳] ارائه شده است که هر دو محور را تحریک می کند و تمام اعمال ژیروسکوپ را کنترل می نماید.
کار اصلی انجام شده در این بخش طراحی یک کنترلر تطبیقی مدل مرجع بهبود یافته برای یک ژیروسکوپ ارتعاشی MEMS است به طوریکه امکان تخمین سرعت زاویه ای و کلیه پارامترهای نامعین ژیروسکوپ فراهم آید و اثبات امکان استفاده از این کنترلر در چنین سیستم هایی می باشد. با توجه به جبرانسازی سریع، با انتخاب مناسبی از پارامتر های کنترلر، یک تخمین سریعتر و دقیقتر از پارامترهای سیستم در دسترس خواهد بود.
در این بخش بررسی عملکرد یک کنترلر تطبیقی مدل مرجع بهبود یافته برای یک ژیروسکوپ MEMS مورد توجه قرار خواهد گرفت. با بهره گرفتن از این الگوریتم کنترل تطبیقی، یک تخمین از سرعت زاویه ای و ضرایب میرایی و فنریت سیستم به صورت زمان حقیقی در اختیار خواهد بود. با تغییر ورودی مدل مرجع متداول، امکان وارد نمودن یک فیلتر پایین گذر به منظور حذف نوسانات ناخواسته حاصل از بهره تطبیق بالا فراهم می شود. این تکنیک تطبیقی جدید جبرانسازی سریع را برای تغییرات بزرگ در دینامیک سیستم را ممکن می سازد و این مسئله به نوبه خود تخمین یکنواختی را از سرعت زاویه ای مسیر می نماید و قوام بالایی در برابر تغییر پارامترهای سیستم و در برابر اغتشاشات خارجی ایجاد می کند. پایداری مجانبی کنترلر تطبیقی مذکور با بهره گرفتن از روش مستقیم لیاپانف تضمین می گردد. نتایج شبیه سازی، موثر بودن روش کنترلی مورد نظر را تایید می کنند.

شکل۲-۱۶-شماتیک ساختار سیستم قدرت. [۳۷]
هدف از بهینه سازی به حداکثر رساندن سود کارکرد تجهیزات بوده و به عنوان یک شاخص عملکرد تعریف می شود. از آنجا که هدف در اینجا هزینه ظرفیت باتری است، تابع هدف را به منظور حداقل رساندن ظرفیت تعریف می کنیم. تلاش هایی برای استفاده از BES برای بهبود دینامیک کنترل بار- فرکانس به طور اجرایی نیز صورت گرفته است. همچنین BES در مواجهه با نیازهای ناگهانی به توان حقیقی بار مفید بوده و در کاهش پیک انحرافات فرکانس و توان خط ارتباطی و همچنین کاهش مقادیر ماندگار تبادلات سهوی و خطای زمان موثر می باشد.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۲-۵ مدل ذخیره انرژی :
برای فعال کردن مدل BES که به راحتی در تجزیه و تحلیل پایداری سیستم قدرت مورد استفاده قرار می گیرد، مدل حوزه فرکانس در شکل۲-۱۷ نشان داده شده است. طرح کنترل کمک می کند تا BES راکه توانایی قدرت فعال و مدولاسیون توان راکتیو با توجه به نیاز سیستم را دارد، تحلیل کرد .
شکل ۲-۱۷-مدل یک BES در شبکه قدرت
از آنجا که کنترل توان اکتیو فرکانس، سیستم قدرت را به طور مستقیم تحت تاثیر قرار می گیرد، که
به سرعت یک ژنراتور وابسته است افزایش قدرت انتقال فعال شده، از طریق تبدیل کنترل بسته به انحراف فرکانس اندازه گیری یا انحراف سرعت روتور مولد توربین است که

(۲-۱۰)

=

از آنجا که تنظیم ولتاژ با کنترل توان راکتیو وابسته است ، افزایش توان راکتیو منتقل شده از طریق مبدل بسته به انحراف ولتاژ ترمینال کنترل شده به دست آمده است که در آن، حلقه کنترل مانند زیر

(۲-۱۱)

=

شکل ۲-۱۸-اجزاء مدل یک BES به صورت بلوک دیاگرامی [۳۷]
شبیه سازی هر دو حالت از عمل در شارژ و دشارژ، از مدار معادل از شکل۲-۱۸ به منظور مطالعه پایداری دینامیکی، در حالتی که ولتاژ باتری ثابت نبوده و به شرایط عملیاتی وابسته نیست انجام می گیرد. همچنین، این تاخیر زمانی کوچک با توجه به زمان پاسخ سریع در عین حال قابل اغماض نیست معرفی می کند [۳۷] [۳۸] [۳۹] ولی در شبیه سازی برای مدل پیشنهادی این پایان نامه کل سیستم باتری را شبیه سازی کرده همراه با سیستم کنترلی و نتایج بسیار دقیقتر آن ارائه شده است.
۲-۶ مدل اینورتر برای تولید DC/AC
در مقاله [۴۹] برای تبدل توان سه فاز با مدلاسیون DC/AC از اینورتر استفاده شده است، جهت کنترل (PWM) پهنای پالس در مرجع DC/AC توان اکتیو و راکتیو خروجی اینورتر روش کنترلی مبتنی بر دستگاه مرجع سنکرون ارائه شده است.

شکل ۲-۱۹ مدار بایاس از اینورتر منبع ولتاژی [۴۹]
نکته مهم این است که با بیان معادلات در دستگاه مرجع سنکرون تغییرات Iq وابسته به توان راکتیو و Id وابسته به توان اکتیو خواهد بود به این ترتیب برای کنترل توان اکتیو و راکتیو کنترل می شوند. برای این Iq و Id کافی است به ترتیب جریانهای در هر لحظه زاویه فاز ولتاژ PLL که ابتدا حساب می گردد و توسط بلوک کنترلی سوییچینگ مدار سه فاز را انجام می دهد.
ورودی Iq و Id جریان های PI با بهره گرفتن از دو کنترل کننده کنترل می شوند که توان اکتیو و راکتیو مورد نظر در خروجی تولید شود. [۱]
شکل ۲-۲۰-سوییچ زنی PWM برای یک فاز برای جریان [۴۹]

فصل سوم
روش تحقیق

۳-۱ مقدمه:
در این فصل برای کنترل فرکانس از سیستم کنترلی هوشمند استفاده شده به صورت خودکار ضرایب برای نیروگاه گازی و باتری قابل محاسبه بوده. اگر به سیستم دیگر ادواتی متصل شود نیاز به محاسبه ماتریس حالت نبوده و معیار دقیق پارامترها را با روش pso برای سیستم فازی بدست می آورد.
برای بررسی تعیین مقادیر ضرایب قابل دسترس در کنترل فازی قوانین فازی را در ابتدا نوشته خود که برای کنترل فرکانس در شبکه در نظر گرفته ایم، به روش الگوریتم پرندگان برای بهینه سازی هر چه بهتر معیار خطا هستیم .
۳-۲مدل فازی:
برای تحلیل کار نیاز به طرز عمل کرد یک سیستم فازی داریم و به تشریح اجزاء مختلف یک مدل فازی پرداخته ایم .یک سیستم فازی در واقع یک تصمیم گیرنده در شرایط مختلف است و آن را در رتبه کنترل هوشمند قرار می دهد البته تصمیم را طبق قوانینی ثابت و در شرایط خاص طبق الگوی دیکته شده به آن می گیرد.در پروژه هایی که در آن از تنظیم مدل فازی استفاده شده، از یک فرد خبره یا با روش سعی و خطا به جواب مطلوب می رسند .البته روش هایی که نیاز به ماتریس حالت شبکه بوده و با روش های کنترل مدرن معیاری برای سیستم فازی می باشد نیز مورد توجه است.
۳-۲-۱:قسمت های مختلف یک سیستم فازی:
۱) فازی سازی:^[۴۳]که عمل تبدیل کننده داده های مورد نظر در آن پروسه به مقادیر قابل آنالیز برای سیستم فازی باشد.