Utafiti huu unachunguza udhibiti wa mota mbili sawia za sumaku za kudumu za awamu tano ambazo zinalishwa na inverter moja ya chanzo cha volteji yenye miguu mitano na ambazo vilima vya stator vimeunganishwa kwa mfululizo kupitia ubadilishaji maalum wa awamu. Mota sawia ya sumaku za kudumu ya awamu tano (five-phase permanent magnet synchronous motor, 5-Φ PMSM) ni mashine ya umeme sawia inayounda uga wa sumaku wa rota kwa sumaku za kudumu na ambayo, kutokana na awamu tano za stator, inaweza kutoa viwango vya ziada vya uhuru wa kiumeme ikilinganishwa na mashine za awamu tatu. Watafiti walitengeneza kidhibiti kisicho cha mstari cha backstepping kinachotegemea nadharia ya uthabiti ya Lyapunov ili kuruhusu mota mbili kudhibitiwa kwa kujitegemea katika kasi na momenti tofauti ingawa zinatumia mikondo ileile ya inverter, na wakakilinganisha na udhibiti wa vekta unaotegemea momenti ya juu zaidi kwa mkondo na wenye vidhibiti vya PI.

Wazo kuu la usanifu wa utafiti ni kwamba, iwapo inverter moja kati ya laini mbili za kawaida za msukumo wa umeme zinazotumia inverter mbili tofauti itashindwa kufanya kazi, inverter iliyobaki iliyo salama yenye miguu mitano iweze kuendesha PMSM mbili za awamu tano kupitia muunganisho wa mfululizo. Muundo huu unalenga kutoa uredundansi wa kiumeme na mwendelezo wa msukumo bila kuongeza inverter nyingine ya akiba. Kwa upande mwingine, chanzo kinaeleza wazi pia kwamba muunganisho wa mfululizo unaweza kuongeza hasara za shaba na kusababisha upungufu fulani wa ufanisi.

Katika uigaji wa MATLAB 2023a/Simulink, mabadiliko ya kasi, momenti tofauti za mzigo, mabadiliko ya ulinganifu ya upinzani na induktansi ya stator, hitilafu za muunganisho wa upinzani mkubwa za awamu moja na awamu mbili, pamoja na tabia isiyo ya mstari ya mzigo wa meli zilichunguzwa. Katika hali ya mpito wa kasi, chanzo kinaripoti kuwa kosa la kasi katika udhibiti wa backstepping lilibaki chini ya 0,0006 rad/s, ilhali katika udhibiti wa vekta unaotegemea MTPA uliolinganishwa kosa la muda mfupi lingeweza kufikia 45 rad/s. Katika majaribio ya HRC, mbinu ya backstepping pia ilionyesha makosa madogo zaidi ya kasi na ukandamizaji wenye nguvu zaidi wa athari za usumbufu.

Hata hivyo, matokeo hayakupatikana kutoka kwa meli halisi, inverter halisi au mpangilio wa mota wa maabara, bali kutoka kwa modeli ya kihisabati na uigaji. Kwa hiyo utafiti unaunga mkono kwamba usanifu uliopendekezwa wa muunganisho wa mfululizo na udhibiti wa backstepping ni thabiti na stahimilivu chini ya hali za modeli zilizochunguzwa; hauonyeshi kwamba utendaji huo huo umethibitishwa kwa majaribio katika mazingira halisi ya baharini.

Tatizo kuu la utafiti

Katika usanifu wa kawaida wa msukumo wa meli ya umeme, kila moja ya laini mbili tofauti za msukumo inaweza kuunganishwa na inverter yake. Katika muundo kama huo, kushindwa kwa inverter moja kunamaanisha kupotea kwa laini ya mota-propela inayolishwa na inverter hiyo. Hasa wakati wa kufanya maneva na kutia nanga kwa kasi ndogo, kupotea kwa ghafla kwa nguvu ya kusukuma kunaweza kuwa muhimu kwa usalama wa meli.

Suluhisho linalopendekezwa na utafiti ni usanifu wa muunganisho wa mfululizo ambapo PMSM mbili za awamu tano zinaweza, inapohitajika, kulishwa na inverter moja ya chanzo cha volteji yenye miguu mitano. Kielelezo 1 kwenye ukurasa wa 4 wa PDF ya chanzo kinalinganisha mpangilio wa kawaida wa sambamba na mpangilio wa muunganisho wa mfululizo unaoweza kutumiwa baada ya hitilafu. Kielelezo 3 kwenye ukurasa wa 5 wa PDF kinafafanua kwa undani muunganisho wa kiumeme kati ya VSI moja, PMSM1, ubadilishaji wa awamu na PMSM2.

PMSM za Awamu Tano Zilizounganishwa kwa Mfululizo Zinawezaje Kudhibitiwa kwa Kujitegemea Huku Zikitumia Mkondo Uleule?

Udhibiti wa kujitegemea wa PMSM mbili za awamu tano zilizounganishwa kwa mfululizo hupatikana kwa kugawa kiasi cha umeme cha awamu tano katika nafasi ndogo tofauti za mashine pepe kwa kutumia mabadiliko ya Concordia na Park, na kwa kutumia ubadilishaji maalum wa awamu ili kuoanisha vipengele vinavyozalisha momenti vya PMSM1 na ndege ya d1-q1 na vile vya PMSM2 na ndege ya d3-q3. Hivyo, ingawa mikondo halisi ya awamu inahusiana kwa sababu ya muunganisho wa mfululizo, momenti za sumakuumeme za mota mbili zinaweza kusimamiwa kupitia vipengele tofauti vya mhimili-q.

Kutoka modeli asilia ya abcde hadi mashine pepe

Mlinganyo wa msingi wa volteji wa awamu moja ya stator ya PMSM umetolewa katika chanzo kama Mlinganyo (1) kwa muundo ufuatao:

Hapa \(V_s\) inawakilisha volteji ya stator, \(R_s\) neno la upinzani katika muktadha wa jumla ya upinzani wa stator wa PMSM mbili zilizounganishwa kwa mfululizo, \(i_k\) mkondo wa awamu, \(\Phi_{sk}\) sehemu ya mtiririko wa sumaku wa stator, na \(e_k\) nguvu ya kielektromota inayozalishwa na rota ya sumaku za kudumu. Mlinganyo unaonyesha kwamba volteji iliyowekwa hugawanywa kati ya kushuka kwa volteji kwenye upinzani, mabadiliko ya muda ya mtiririko wa sumaku na nguvu ya kielektromota ya kurudi nyuma.

Kwa sababu ya muunganisho wa mfululizo, volteji za matokeo A-B-C-D-E za inverter ni jumla ya volteji katika vilima vya PMSM1 na PMSM2 kupitia ulinganishaji maalum wa awamu. Chanzo kinaeleza muunganisho huu kwa matriki za volteji na mkondo katika Mlinganyo (2) na (3). Ubadilishaji wa awamu si ulinganishaji wa kawaida wa moja kwa moja awamu-kwa-awamu; awamu za mashine ya pili zinaunganishwa kwa permutesheni maalum. Muunganisho huu ndio msingi wa kutenganisha nafasi ndogo pepe za mashine mbili kwa madhumuni ya udhibiti.

Jukumu la mabadiliko ya Concordia

Badala ya kushughulikia mfumo wa awamu tano moja kwa moja kwa mikondo mitano tofauti ya awamu, chanzo hutumia mabadiliko ya Concordia katika Mlinganyo (4)-(6) kuugawa katika nafasi ndogo za \(\alpha\)-\(\beta\), \(x\)-\(y\) na homopolar \(h\):

Hapa \(C\) ni matriki ya mabadiliko ya mstari ya Concordia iliyofafanuliwa kwa mfumo wa awamu tano. Mabadiliko haya si kubadilisha kuratibu tu; yanawezesha familia tofauti za harmoniki kuwakilishwa na mashine pepe tofauti za pande mbili.

Kwa kuwa nguvu ya kielektromota ya kurudi nyuma katika PMSM zinazotumiwa na chanzo inachukuliwa kuwa sinusoidal, baadhi ya vipengele vya pili vinavyohusika huwa sifuri. Pamoja na muunganisho wa mfululizo na ubadilishaji wa awamu, udhibiti wa PMSM1 huwekwa kwenye ndege ya marejeo d1-q1 na udhibiti wa PMSM2 kwenye ndege ya marejeo d3-q3.

Mabadiliko ya Park na fremu za marejeo zenye mienendo

Baada ya nafasi ya Concordia, Mlinganyo (8) hutumia mabadiliko ya Park ya block-diagonal ambamo pembe mbili za rota hutumiwa kila moja kivyake:

\(\theta_1\) na \(\theta_2\) ni nafasi za kiumeme za rota mbili tofauti. Hivyo vipengele vya msingi vya mota ya kwanza huwakilishwa kwenye mhimili d1-q1 unaozunguka pamoja na rota yake, na vya mota ya pili kwenye mhimili d3-q3.

Chanzo huandika katika Mlinganyo (9) milinganyo minne ya volteji ya mfumo wa mfululizo kwa kutumia \(V_{d1}^{inv}\), \(V_{q1}^{inv}\), \(V_{d3}^{inv}\) na \(V_{q3}^{inv}\). Neno la induktansi linalofanya kazi upande wa mota ya kwanza ni \(L_{p1}+L_{s2}\), na linalolingana upande wa mota ya pili ni \(L_{s1}+L_{p2}\). Katika kila mlinganyo wa mhimili-q pia kuna kipengele cha back-EMF kinachotokana na kasi ya kiumeme ya rota na mtiririko wa sumaku.

Modeli ya kimakanika na momenti ya sumakuumeme

Milinganyo ya mwendo wa kimakanika kwa rota mbili imetolewa katika chanzo kama ifuatavyo:

\(J_1\) na \(J_2\) zinawakilisha momenti za inersia za rota na mifumo inayozunguka iliyounganishwa nayo, \(\Omega_1\) na \(\Omega_2\) kasi za kimakanika, \(f\) mgawo wa msuguano, na \(Q_{p1}\) pamoja na \(Q_{p2}\) momenti za mzigo za propela.

Milinganyo ya momenti ya sumakuumeme inaonyesha kwa uwazi hasa utengano wa udhibiti:

\(P_1\) na \(P_2\) zinaonyesha idadi ya jozi za nguzo, huku \(\Phi_{f1}\) na \(\Phi_{f2}\) zikionyesha amplitudo za mtiririko wa sumaku wa sumaku za kudumu. Momenti ya mota ya kwanza huamuliwa na \(i_{q1}^{inv}\), na ya mota ya pili na \(i_{q3}^{inv}\). Utengano huu wa kihisabati ndio uhusiano msingi unaoruhusu mashine mbili za mfululizo kuendeshwa kwa kasi na momenti tofauti.

Udhibiti wa Backstepping Unahakikishaje Uthabiti katika Utafiti Huu?

Udhibiti wa backstepping katika utafiti huu huanza kwa kuunda kazi za Lyapunov kwa makosa ya ufuatiliaji wa kasi na kutoka kwenye makosa hayo hutengeneza mikondo ya marejeo inayohitajika ya mhimili-q; kisha hujumuisha makosa ya mkondo katika kazi ya Lyapunov iliyopanuliwa ili kubainisha marejeo ya volteji ya d-q, na mwishowe hukagua kwamba mienendo ya makosa iliyopatikana inatimiza masharti ya Hurwitz. Lengo ni kufanya derivativi ya kazi ya Lyapunov kuwa hasi-definiti chini ya faida chanya zinazofaa za udhibiti, ili kuhakikisha kwamba makosa ya kasi na mkondo yanakaribia nukta ya usawa.

Hatua ya kwanza: kutoka makosa ya kasi hadi mikondo ya marejeo

Makosa ya ufuatiliaji wa kasi ya kimakanika ya mota mbili yanafafanuliwa kama:

Wagombea wa awali wa Lyapunov ni:

Chanzo kinalenga kuleta mienendo ya makosa ya kasi kwa kutumia faida chanya \(k_{11}\) na \(k_{12}\) katika umbo:

ambalo linalingana na:

Kwa hiyo, katika hali ya \(k_{11}>0\) na \(k_{12}>0\), kipimo cha Lyapunov kinachofanana na nishati cha makosa ya kasi hupungua kwa namna ya monotoni.

Kama katika mbinu ya udhibiti wa vekta, mikondo ya mhimili wa moja kwa moja huchaguliwa kuwa:

Mahitaji ya momenti huhamishwa kwenda kwenye mikondo ya marejeo ya mhimili-q. Chanzo katika Mlinganyo (24)-(25) hutengeneza marejeo haya kutokana na derivativi ya marejeo ya kasi, momenti ya mzigo wa propela, neno la msuguano, kosa la kasi na vigezo vya mota.

Dokezo la uadilifu wa chanzo: Katika uandishi uliochapishwa wa Mlinganyo (24) na Mlinganyo (27) wa makala, baadhi ya vipengele upande wa PMSM2 vimeandikwa \(a_4\Omega_1\). Kwa kuwa milinganyo ya kimakanika ya modeli hiyo hiyo hutumia \(\Omega_2\) kwa mota ya pili, uandishi huu unahitaji uangalifu. Verianla haibadilishi neno hili kiotomatiki. Katika sehemu hiyo hiyo, kuandikwa kwa momenti ya mzigo katika baadhi ya mistari kama \(T_r\) badala ya alama za awali \(Q_{p1}\) na \(Q_{p2}\) pia ni mabadiliko ya uandishi ndani ya chanzo.

Hatua ya pili: kutoka makosa ya mkondo hadi marejeo ya volteji

Makosa ya mkondo yanafafanuliwa kama:

Kisha hutumiwa kazi ya Lyapunov iliyopanuliwa inayojumuisha kwa pamoja makosa ya kasi na mkondo:

Volteji za udhibiti huchaguliwa kwa namna ya kuondoa vipengele mtambuka katika derivativi ya kazi hii. Muundo wa jumla uliotolewa katika chanzo ni:

\(f_1\)-\(f_4\) ni kazi za modeli zinazojumuisha upinzani, induktansi, kasi ya kiumeme, back-EMF na mikondo iliyopo ya mota. \(a_1\) na \(a_2\) huunganisha vigawo vya uzalishaji wa momenti ya sumakuumeme na inersia, jozi za nguzo na mtiririko wa sumaku. \(k_2\), \(k_3\), \(k_4\) na \(k_5\) ni faida chanya za udhibiti.

Baada ya uchaguzi huu, chanzo hupunguza mienendo ya makosa kuwa:

katika umbo hilo.

Hatua ya tatu: ukaguzi wa Hurwitz na Sylvester

Hali sita za makosa hukusanywa katika vekta moja ya hali:

Ambapo:

na matriki \(R\) iliyotolewa katika Mlinganyo (38) wa chanzo inajumuisha faida za udhibiti pamoja na vipengele vya muunganisho \(a_1,a_2\). Katika ukaguzi wa uthabiti uliofanywa kwa MATLAB 2023a, masharti mawili yanachunguzwa:

1. Sehemu halisi za thamani zote za eigen za matriki \(R\) lazima ziwe hasi: \(\operatorname{Re}(\lambda_i)<0\).
2. Vigawo vinavyohitajika na minor kuu zinazoongoza za muundo wa Hurwitz/Sylvester ulioundwa kutoka kwa polinomu tabia lazima ziwe chanya.

Polinomu tabia imefafanuliwa katika chanzo kama:

Kielelezo 6 kwenye ukurasa wa 14 wa PDF kinaonyesha kwa michoro usambazaji wa nguzo uliokokotolewa na uchanya wa determinanti za Hurwitz. Kutokana na ukaguzi huu miwili, waandishi wanadai kwamba hali katika mfumo wa makosa zimewekewa mipaka na kwamba udhibiti wa backstepping uliobuniwa una uthabiti wa kiasimptoti.

Tofauti ya kimuundo kati ya backstepping na udhibiti wa MTPA-vektor

Udhibiti wa vekta unaotegemea MTPA uliotumika kwa ulinganisho hupitisha kosa la kasi katika vidhibiti vya kasi vya PI ili kuzalisha marejeo ya momenti na huhesabu marejeo ya volteji kwa vidhibiti vya ndani vya mkondo vya PI. Mbinu ya backstepping, kwa upande mwingine, hujumuisha moja kwa moja kasi, mkondo na kazi za modeli katika sheria ya uchanganuzi ya udhibiti isiyo ya mstari. Kielelezo 7 kwenye ukurasa wa 15 wa PDF kinaonyesha miundo hii miwili ya udhibiti kando kwa kando.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Data za kawaida za mota zilizotumika katika uigaji

Uigaji ulifanywa kwa kutumia MATLAB 2023a/Simulink. Ingawa makala inatengeneza kwa undani modeli ya kimakanika na kiumeme, hairipoti ndani ya Table 2 vigezo vyote vya mota wala thamani za nambari za faida za backstepping \(k_{11}\), \(k_{12}\), \(k_2\), \(k_3\), \(k_4\), \(k_5\). Kwa hiyo data za kawaida peke yake hazitoshi kwa uzalishaji upya wa nambari unaofanana kabisa.

Hali 1: mabadiliko katika marejeo ya kasi

Mota mbili hupewa mwanzoni miteremko chanya ya kasi inayofikia 80 rad/s kati ya 0-0,2 s. Baadaye, sehemu tofauti za uendeshaji huundwa zikiwa na 50 rad/s kwa PMSM1 na −50 rad/s kwa PMSM2. Momenti ya mzigo ya 250 Nm huwekwa kwa PMSM1 karibu na 0,25 s, na 200 Nm kwa PMSM2 karibu na 0,3 s.

Kielelezo 8 kwenye kurasa za 16-17 za PDF kinaonyesha kasi, kosa la kasi, momenti, mikondo asilia ya abcde na vipengele vya \(\alpha\)-\(\beta\)-\(x\)-\(y\). Ulinganisho wa kiasi ulio wazi zaidi ulioripotiwa na chanzo ni kwamba kosa la kasi la BC hubaki chini ya 0,0006 rad/s, huku kosa la muda mfupi la kasi upande wa MTPA-VC likiweze kufikia 45 rad/s.

Hali 2: mabadiliko ya hatua kwa hatua ya momenti ya mzigo

Marejeo ya kasi ya PMSM1 hushikiliwa katika 100 rad/s na ya PMSM2 katika 50 rad/s. Mota huanzishwa bila mzigo. Mzigo wa PMSM1 huongezwa hadi 20 Nm katika 0,25 s, 60 Nm katika 0,5 s na 90 Nm katika 0,8 s. Kwa PMSM2, mzigo huwa 40 Nm katika 0,35 s, 80 Nm katika 0,5 s na 120 Nm katika 0,7 s.

Kielelezo 9 kwenye kurasa za 18-19 za PDF kinalinganisha majibu ya kasi na momenti kwa kila badiliko la mzigo. Kwa tathmini ya waandishi, BC hutoa jibu bora zaidi la mienendo likiwa na makosa madogo ya kasi na momenti licha ya hatua za mzigo.

Hali 3: mabadiliko ya ulinganifu ya upinzani na induktansi

Katika jaribio hili, kiasi sawa cha upinzani wa ziada au induktansi ya ziada huwekwa kwenye awamu za stator za PMSM2. Lengo ni kuchunguza ni kwa kiwango gani kutokuwa na uhakika wa vigezo katika topolojia ya mfululizo huathiri si tu mashine yenye hitilafu au iliyobadilishwa bali pia mashine nyingine iliyounganishwa kiumeme.

Badiliko la ulinganifu la upinzani huwekwa katika 0,2 s. Maandishi ya chanzo hulifafanua kama \(R_{add}=100\%R_s\). Kasi za marejeo ni 40 rad/s kwa PMSM1 na 20 rad/s kwa PMSM2; momenti ni 250 Nm na 200 Nm mtawalia. Waandishi wanaripoti kwamba udhibiti wa backstepping hutoa ufuatiliaji bora kuliko udhibiti wa vekta, licha ya amplitudo ya mkondo kupungua kutokana na upinzani mkubwa.

Dokezo la chanzo: Katika maelezo ya Kielelezo 11 ya jaribio hilohilo, imeandikwa \(R_{add}=100\,\Omega\). Asilimia mia moja ya upinzani wa stator si ufafanuzi sawa na 100 ohm; chanzo hakipatanishi maandishi haya mawili.

Katika badiliko la ulinganifu la induktansi, maandishi hutumia kauli \(L_{add}=100\%L\) na yanaeleza kwamba badiliko hilo liliwekwa kwa awamu zote katika 0,2 s. Waandishi wanasema induktansi ya ziada ina athari inayofanana na kichujio cha low-pass kwenye umbo la mawimbi ya mkondo. Kielelezo 12 pia kinaonyesha kwamba badiliko la kigezo katika PMSM2 linaweza kuathiri PMSM1 kwa sababu ya muunganisho wa umeme wa mfululizo, hata kama njia za udhibiti zimetenganishwa kihisabati.

Dokezo la chanzo: Maelezo ya Kielelezo 12 yanaandika \(L_{add}=100\,H\), ilhali maandishi makuu hutumia \(100\%L\). Tofauti hii haijaelezwa katika maandishi ya chanzo.

Kwa Nini Hitilafu ya HRC Inaweza Kuathiri Mota Zote Mbili Zilizounganishwa kwa Mfululizo?

Muunganisho wa upinzani mkubwa (High Resistance Connection, HRC) ni hali ya hitilafu ya kiumeme inayoongeza upinzani wa muunganisho katika awamu moja au zaidi za stator, na hivyo kusababisha kuvurugika kwa amplitudo na ulinganifu wa mikondo ya awamu; kwa kuwa katika usanifu wa mfululizo PMSM mbili ni sehemu za njia ileile ya mkondo wa kiumeme, HRC isiyolingana inayoundwa kwenye PMSM2 inaweza kuathiri si tu majibu ya mkondo, kasi na momenti ya PMSM2 bali pia ya PMSM1. Hata kama nafasi ndogo za udhibiti zimetenganishwa, muunganisho halisi wa mfululizo hauondoki, kwa hiyo athari ya usumbufu wa kiumeme inaweza kuhamishwa kati ya mashine mbili.

Hali 4: hitilafu za muunganisho wa upinzani mkubwa

Chanzo hutumia HRC katika PMSM2 kwa njia tofauti:

• HRC katika awamu moja ya stator,
• HRC katika awamu mbili jirani,
• HRC katika awamu mbili zisizo jirani,
• hali ya upinzani mkubwa inayoathiri awamu zote kwa ulinganifu.

Katika sehemu hii PMSM1 inaendeshwa katika 20 rad/s na PMSM2 katika 40 rad/s; momenti za mzigo ni 250 Nm na 200 Nm mtawalia. Kielelezo 13 kwenye kurasa za 24-25 za PDF kinaonyesha athari za HRC kwenye kasi, momenti na mikondo ya inverter ya awamu tano.

HRC ya awamu moja husababisha upotoshaji dhahiri wa harmoniki. Chanzo kinasisitiza hasa kwamba HRC katika awamu mbili jirani ina athari nzito zaidi kuliko hitilafu katika awamu mbili zisizo jirani. Chini ya hali za HRC, makosa ya kasi ya MTPA-VC yanaweza kufikia 45 rad/s huku makosa ya BC yakibaki katika kiwango cha chini sana.

Kulingana na tafsiri ya waandishi, VC ya mstari inayotegemea PI haiwezi kufidia vya kutosha kutolingana kunakosababishwa na HRC, ilhali BC isiyo ya mstari inayotegemea Lyapunov hubadilisha marejeo ya volteji kwa mienendo ili kutoa jibu lenye uwiano zaidi. Hata hivyo, matokeo haya yanatumika kwa modeli ya uigaji na vigezo vya hitilafu vilivyochaguliwa katika makala.

Uhusiano kati ya HRC isiyolingana na awamu iliyo wazi kwa sehemu

Utafiti unasisitiza kwamba HRC isiyolingana husababisha tabia inayofanana na hitilafu ya saketi wazi kwa sehemu katika vilima vya stator. Awamu haijakatika kabisa; lakini ongezeko kubwa la upinzani wa kiumeme wa awamu huvuruga ugawaji wa mkondo na kubana viwango vinavyopatikana vya uhuru. Kwa hiyo jaribio la HRC ni jaribio muhimu la kuonyesha unyeti wa usanifu wa mfululizo katika hali za uendeshaji zilizoharibika.

Hali 5: tabia isiyo ya mstari ya mzigo wa meli

Katika hali ya mwisho, badala ya momenti ya kudumu hutumiwa tabia isiyo ya mstari ya mzigo iliyopatikana kutoka kwa modeli ya shafiti-propela-meli iliyochapishwa hapo awali. Kielelezo 14 kwenye ukurasa wa 26 wa PDF kinaonyesha mkunjo wa mzigo ambamo momenti ya mzigo huongezeka kwa namna isiyo ya mstari kadiri kasi ya shafiti inavyoongezeka.

Mota mbili huharakishwa baada ya 0,2 s na kufikia takriban 1000 rpm katika 0,5 s. Mota zote mbili huendeshwa katika 1000 rpm hadi 0,7 s. Kisha marejeo ya PMSM1 hupunguzwa hadi 500 rpm katika 0,9 s, na marejeo ya PMSM2 hadi 750 rpm.

Kielelezo 15 kwenye kurasa za 27-28 za PDF kinaonyesha kasi na momenti za mota mbili, mikondo ya inverter katika fremu asilia ya marejeo, na vipengele vya mkondo vya d1-q1/d3-q3. Wakati wa kuongeza kasi, momenti zinaonekana kuongezeka kulingana na tabia isiyo ya mstari ya mzigo wa meli, na kasi thabiti zinapofikiwa, momenti pia hutulia katika thamani thabiti kutokana na usawa kati ya mzigo na momenti ya mota.

\(i_{q1}\) hubeba udhibiti wa momenti wa PMSM1, huku \(i_{q3}\) ukibeba udhibiti wa momenti wa PMSM2. Maendeleo huru ya vipengele hivi viwili katika Kielelezo 15 yanaonyesha kwamba utengano wa mashine pepe ndani ya mfumo halisi wa mfululizo unafanya kazi kwa madhumuni ya udhibiti.

Je, Matokeo ya Uigaji Yanamaanisha Utendaji Uliothibitishwa katika Meli Halisi?

Hapana. Matokeo ya utafiti yalipatikana kwenye modeli ya kihisabati inayotegemea MATLAB/Simulink; hakuna mpangilio wa majaribio wa mota-inverter halisi, uthibitishaji wa hardware-in-the-loop, jaribio la baharini au data ya uwanjani kutoka kwa meli halisi iliyotolewa. Kwa hiyo matokeo yanaunga mkono kwamba udhibiti wa backstepping unaonyesha utendaji mzuri katika modeli, hitilafu na hali za mzigo zilizochunguzwa, lakini peke yake hayathibitishi kwamba ukubwa uleule wa makosa au viwango vilevile vya ukingo wa uthabiti vitapatikana kwa majaribio katika mfumo halisi wa msukumo wa baharini.

Hitimisho zinazoungwa mkono na utafiti

• PMSM mbili za awamu tano zilizounganishwa kwa mfululizo kwa ubadilishaji maalum wa awamu zinaweza kusimamiwa kihisabati katika nafasi ndogo tofauti za udhibiti kupitia VSI moja yenye miguu mitano.
• Momenti ya sumakuumeme ya PMSM1 inadhibitiwa hasa kupitia \(i_{q1}\), na ya PMSM2 kupitia \(i_{q3}\).
• Masharti ya uthabiti ya Hurwitz yanaweza kuundwa kwa mienendo ya makosa ya muundo wa backstepping unaotegemea Lyapunov.
• Katika hali za uigaji zilizochunguzwa, BC inaonyesha makosa madogo zaidi ya muda mfupi ya kasi kuliko muundo wa MTPA-VC uliolinganishwa.
• HRC na mabadiliko ya ulinganifu ya vigezo yanaweza kuathiri mota zote mbili kutokana na muunganisho wa mfululizo.
• Udhibiti wa backstepping unaonyesha ustahimilivu mkubwa kuliko VC katika hali za HRC na mabadiliko ya vigezo zilizochunguzwa.
• Chini ya modeli isiyo ya mstari ya mzigo wa meli, mota mbili zinaweza kufuatilia marejeo tofauti ya kasi.

Hitimisho ambazo utafiti peke yake hauungi mkono

• Haiwezi kusemwa kwamba utendaji uleule umehakikishwa katika meli halisi.
• Haijathibitishwa kwamba ukubwa uleule wa makosa utatokea katika hitilafu halisi ya HRC.
• Haijathibitishwa kwa majaribio jinsi hasara za vifaa, ucheleweshaji wa kubadili, kelele za vipimo, makosa ya sensa na hali zote zisizo za mstari za inverter zitakavyofanya kazi katika mazingira halisi.
• Haijaonyeshwa kwamba kuongeza ukubwa wa usanifu wa mfululizo hadi meli zenye nguvu kubwa kumethibitishwa kwa majaribio.
• Uboreshaji wa kiwango cha mfumo wa ufanisi-gharama kati ya hasara za ziada za shaba na uredundansi unaopatikana haujakamilishwa kwa kiasi.
• Utafiti hautengenezi mfumo wa kiotomatiki wa utambuzi wa hitilafu; utambuzi wa hali ya juu wa hitilafu unapendekezwa kama kazi ya baadaye.

Nguvu za utafiti

Nguvu muhimu ya utafiti ni kwamba, badala ya kuwasilisha tu uendeshaji wa kawaida wenye afya, unajaribu muundo huohuo wa udhibiti chini ya mabadiliko ya kasi, mabadiliko ya mzigo, mabadiliko ya vigezo, topolojia tofauti za HRC na mzigo usio wa mstari wa meli. Zaidi ya hayo, hauishii kwenye mikunjo ya uigaji pekee; muundo wa kihisabati wa uthabiti wa udhibiti wa backstepping umeanzishwa kupitia kazi za Lyapunov na kigezo cha Hurwitz.

Kushughulikia kwa pamoja coupling ya kiumeme ya muunganisho wa mfululizo na utengano wa mashine pepe katika modeli hiyo hiyo pia ni kiini cha kiufundi cha utafiti. Watafiti wanaonyesha kwamba kuwa na njia za pamoja za mkondo halisi kwa mota mbili hakupingani na udhibiti huru wa momenti, lakini hitilafu na ukiukaji wa vigezo unaweza kusababisha mwingiliano kati ya mota.

Mapungufu na uwezo wa kuzalisha upya

Kizuizi kikuu zaidi ni uthibitishaji unaotegemea uigaji. Chanzo hakina vifaa vya udhibiti wa wakati halisi, benchi la majaribio au jaribio la meli.

Kizuizi cha pili muhimu ni kwamba vigezo vyote vinavyohitajika kwa uzalishaji upya wa nambari havijaripotiwa mahali pamoja. Jedwali 2 linatoa tu thamani za kawaida za 20 kW, 690 V, 20 A na 1000 rpm. Hata hivyo modeli hutumia \(R_s\), \(L_p\), \(L_s\), \(J\), \(f\), \(\Phi_f\), jozi za nguzo na faida nyingi za backstepping. Katika mwili wa makala uliochapishwa, seti kamili ya vigezo yenye thamani za nambari za vyote hivyo haionekani.

Zaidi ya hayo, mfululizo ghafi wa wakati wa grafu za uigaji haujatolewa kama kifurushi huru cha data. Taarifa ya waandishi kuhusu upatikanaji wa data inaeleza kwamba michango ya asili ya utafiti iko ndani ya makala na kwamba maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi anayewajibika. Kwa hiyo si sahihi kubuni data kutoka kwa thamani za pikseli za PDF ili kuunda upya grafu kwa usahihi mkubwa wa nambari.

Tofauti katika \(R_{add}\), \(L_{add}\), baadhi ya alama za kasi na maandishi ya momenti ya mzigo ndani ya chanzo pia ni mambo yanayohitaji kufafanuliwa wakati wa uigaji wa moja kwa moja.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

• Kichwa kamili cha asili: Backstepping-Based Control of Two Series-Connected 5-Φ PMSMs Used for Small and Medium Electric Ship Propulsion Systems
• Mwandishi 1: Khouloud Ben Hammouda
• Mwandishi 2: Mohamed Trabelsi
• Mwandishi 3: Ramzi Trabelsi
• Mwandishi 4: Riadh Abdelati
• Mwandishi anayewajibika: Mohamed Trabelsi
• Taasisi 1: Laboratory of Automatic, Electrical Systems and Environment (LASEE), National Engineering School of Monastir (ENIM), University of Monastir, Monastir, Tunisia
• Taasisi 2: Ecole Nationale Supérieure Maritime (ENSM), Aix-Marseille University, Le Havre, France
• Taasisi 3: Laboratoire d'Informatique et des Systèmes (LIS), UMR 7020 CNRS, Marseille, France
• Taasisi 4: High Institute of Applied Sciences and Technology of Sousse (ISSAT), University of Sousse, Sousse, Tunisia
• DOI: 10.3390/jmse14030297
• Jarida: Journal of Marine Science and Engineering
• Mchapishaji: MDPI
• Juzuu / toleo / makala: 14 / 3 / 297
• Tarehe ya kupokelewa: 16 Novemba 2025
• Tarehe ya marekebisho: 5 Januari 2026
• Tarehe ya kukubaliwa: 19 Januari 2026
• Tarehe ya kuchapishwa: 2 Februari 2026
• Aina ya chanzo: Makala ya utafiti; uundaji wa modeli ya mashine ya umeme, udhibiti usio wa mstari na uigaji wa MATLAB/Simulink
• Hali ya mapitio: Makala iliyochapishwa katika jarida lililopitiwa na wataalamu
• Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY)
• Kiungo rasmi:https://doi.org/10.3390/jmse14030297
• Ufadhili: Waandishi wanaripoti kwamba hawakupokea ufadhili wa nje.
• Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba michango ya asili ya utafiti imo katika makala na kwamba maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi anayewajibika.
• Mgongano wa maslahi: Waandishi wanaripoti kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi

Katika chanzo, uundaji wa dhana umehusishwa na Khouloud Ben Hammouda na Mohamed Trabelsi; mbinu na Khouloud Ben Hammouda, Mohamed Trabelsi na Ramzi Trabelsi; programu na Khouloud Ben Hammouda na Mohamed Trabelsi; uthibitishaji na Mohamed Trabelsi na Ramzi Trabelsi; uchanganuzi rasmi na Mohamed Trabelsi; uchunguzi na Khouloud Ben Hammouda, Mohamed Trabelsi na Ramzi Trabelsi; utoaji wa rasilimali na usimamizi wa data na Mohamed Trabelsi; uandishi wa rasimu ya kwanza na mapitio na Khouloud Ben Hammouda, Mohamed Trabelsi na Ramzi Trabelsi; uwasilishaji kwa picha na Mohamed Trabelsi; usimamizi na Mohamed Trabelsi, Ramzi Trabelsi na Riadh Abdelati; usimamizi wa mradi na upatikanaji wa ufadhili na Mohamed Trabelsi.

Kikomo cha msingi cha tafsiri ya kimethodolojia

Utafiti huu si utafiti wa uwanjani unaopima kwa majaribio uaminifu wa usanifu wa PMSM mbili zilizounganishwa kwa mfululizo katika operesheni halisi za baharini. Maana ya kisayansi ya matokeo iko ndani ya mipaka ya modeli ya kiumeme-kimakanika iliyoundwa, vigezo vya udhibiti vilivyotumiwa na hali za MATLAB/Simulink. Kwa matumizi halisi, hasara za umeme wa nguvu, joto, athari za sensa na ubadilishaji, mienendo ya shafiti ya kimakanika, mizigo halisi ya baharini, uratibu wa ulinzi, utambuzi wa hitilafu na uthibitishaji wa vifaa vinapaswa kuchunguzwa kando.