Sabit mıknatıslı senkron motorun gelişmiş kontrol stratejileri ile optimal kontrolü

Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar (SMSM), rotorunda geleneksel manyetik bobinler yerine kalıcı mıknatısların kullanıldığı bir senkron motor türüdür. Bu tasarım, geniş uygulama alanlarında yüksek verimlilik ve kararlı performans ile karakterize edilmiştir. SMSM'ler, yüksek tork sağlama yetenekleri, çeşitli koşullar altında yüksek çalışma verimi ve yüksek hız performansı nedeniyle elektrikli araçlar, hava taşıtları ve robotik gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle modern elektrikli araçlar gibi yüksek itiş gücü gerektiren sistemlerde, bu motorların uygun bir sürücü sistemi ile entegrasyonunun kritik öneme sahip olduğu vurgulanmıştır. Bu çalışmada, SMSM'nin matematiksel modeli oluşturulmuş ve sürücü sistemleri Matlab/Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, SMSM'yi kontrol etmek için Doğrudan Tork Kontrolü (DTC) algoritması tasarlanmış ve uygulanmıştır. DTC algoritmasının, karmaşık dönüşümlere ihtiyaç duymadan tork ve manyetik akıyı doğrudan düzenlemesi nedeniyle hızlı dinamik tepki sergilediği gözlemlenmiştir. Ayrıca, DTC algoritmasının simülasyonu için C# programlama dili kullanılarak bir arayüz geliştirilmiş ve bu arayüzün elektrikli araçlarda kullanılan gömülü sistemlere entegrasyonu kolaylaştırılmıştır. Bunun yanı sıra, SMSM'nin kontrolü için V/f Kontrol Algoritması tasarlanmış ve açık çevrim ile kapalı çevrim kontrol stratejileri analiz edilerek karşılaştırılmıştır. V/f kontrolünün, sabit gerilim/frekans oranını koruyarak motorun farklı hızlarda kararlı çalışmasını sağladığı ve basitliği nedeniyle düşük maliyetli bir çözüm sunduğu belirlenmiştir. Ayrıca, Alan Yönlendirmeli Kontrol (FOC) algoritmasına, motor performansını artırmak amacıyla Bulanık Mantık Denetleyicisi (FLC) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) tekniklerinin entegre edildiği hibrit bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu yöntemle, dinamik koşullar altında tork ve manyetik akının hassas kontrolü sağlanarak yüksek performanslı çalışma elde edilmiştir. Motorun matematiksel denklemlerine dayalı olarak hız ve tork hesaplamalarını gerçekleştiren özel bir birim tasarlanmıştır. Park dönüşümü kullanılarak akım ve gerilim sinyallerinin hesaplandığı bir birim de uygulanmıştır. Kontrol sistemleri ve algoritmalar, Matlab/Simulink ortamında farklı çalışma koşulları altında test edilmiş; hız, tork, akım ve gerilim sinyallerinin davranışları analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, motor performansı ve kontrol stratejilerinin etkinliği hakkında önemli bilgiler sunmuştur. FOC tabanlı kontrol algoritmasında, başlangıç sırasında hız cevabının 0.15 s gibi kısa bir sürede istenen değerde kararlı hale geldiği ve aşım olmadığı gözlemlenmiştir. DTC'nin tork çıkış sinyali incelendiğinde, kontrol sisteminin referans sinyalini doğru bir şekilde takip ettiği ve 0.01 s içinde hedef değere ulaştığı tespit edilmiştir. DTC sisteminin dinamik performansının yüksek olduğu ve tork referansındaki değişimlere hızlı tepki verdiği kanıtlanmıştır. Ayrıca, yüksek hızlara ulaşmada yaklaşık 0.5 saniyelik küçük bir gecikme ile iyi bir hız takip performansı sağlandığı görülmüştür. V/f algoritması uygulandığında, sabit manyetik akı korunarak kararlı hız kontrolü sağlanmış ve yük değişimlerine karşı sistemin tepkisinin iyileştirildiği gösterilmiştir. Enerji kayıplarının azaltılmasıyla birlikte yüksek verimlilik ve güvenilir performans elde edilmiştir.