ADRC ve geliştirilmiş PLL kullanarak YASA AFFSPM motorunun düşük gürültülü sensörsüz kontrolü

Daha Sessiz, Daha Akıllı Elektrikli Motorlar

Elektrikli arabalardan ev aletlerine kadar pek çok modern makine kompakt ve güçlü elektrik motorlarına dayanır. Ancak bu motorları hassas yapan elektronikler aynı zamanda özellikle düşük hızlarda—insanların en çok fark ettiği yerde—vırıltı, uğultu ve tiz seslere yol açabilir. Bu makale, özel bir yüksek torklu motoru herhangi bir mekanik sensör kullanmadan çalıştırmanın bir yolunu; can sıkıcı bu gürültüyü azaltırken sürüşü hızlı, pürüzsüz ve güvenilir tutmayı araştırıyor.

Sensörlerden Kurtulmanın Neden Önemi Var?

Birçok gelişmiş motor, rotorun tam olarak nerede olduğunu kontrolöre bildirmek için enkoderler veya çözücüler (resolver) gibi aygıtlar kullanır. Bu sensörler özellikle bir elektrikli aracın kaput altı gibi sıcak, tozlu veya sıkışık ortamlarda maliyet, kablolama ve potansiyel arıza noktaları ekler. Artan bir alternatif, elektroniklerin yalnızca elektrik sinyallerinden rotor pozisyonunu tahmin ettiği “sensörsüz” kontrollür. Burada incelenen yüksek torklu YASA aksiyel-akı motoru için geleneksel sensörsüz yöntemler yüksek hızlarda iyi çalışırken düşük veya sıfır hızda zorlanır ve sarımlara yüksek frekanslı test sinyalleri enjekte ettiklerinde ek kayıplara, tork dalgalanmasına ve duyulabilir gürültüye yol açma eğilimindedir.

Bağırmak Yerine Gürültüyü Yaymak

Makaledeki ilk yenilik, gürültü sorununu kaynağında ele alıyor. Geleneksel sensörsüz şemalar sabit bir tonda yüksek frekanslı bir sinyal enjekte eder; bu da motorun ve muhafazasının mekanik rezonanslarını tetikleyebilir—tıpkı bir camı çaldıracak doğru tonda ıslık çalmak gibi. Yazarlar bunun yerine dar bir bant içinde frekans atlaması yapan ve genliği eşzamanlı ayarlanan sahte-rasgele (pseudorandom) yüksek frekanslı bir sinyal enjekte ediyor. Bu, enerjiyi daha geniş bir frekans aralığına “yayarak” tek bir yüksek tiz ses oluşmasını engelliyor. Önemli olarak, sinyal hâlâ kontrolörün rotorun manyetik parmak izini okuyabileceği kadar güçlü ve yapısal; dikkatle seçilmiş genlik–frekans oranları frekans değişse bile kullanışlı pozisyon bilgisini neredeyse sabit bir seviyede tutuyor.

Motorun Tepkisini Daha Dikkatli Dinlemek

Bu gürültülü elektriksel dalgalanmaları rotor açısının temiz bir tahminine dönüştürmek için kontrolör, motor akımlarındaki çok küçük değişimleri çözümlenmesi gerekir. Makale, fazı izlemenin yaygın bir yolu olan standart bir faz kilitlemeli döngüyü (PLL) “geliştirilmiş” bir versiyonla değiştiriyor. Önce gelen akım sinyallerini normalleştiriyorlar; böylece sinyallerin toplam gücü önemli olmuyor, yalnızca fazı önem kazanıyor. Ardından tek bir takip edici yerine iki işbirlikçi takipçi gibi davranan daha yüksek mertebeden bir döngü yapısı kullanılıyor. Bu tasarım, sinyal genliği dalgalansa ya da motor hızlanıp yavaşlasa veya tersine dönse bile gerçek rotor pozisyonunu doğru biçimde izlemeye devam ediyor. Testlerde, tahmin edilen pozisyon birçok hız ve ani yük değişiklikleri aralığında yaklaşık artı eksi iki ila üç elektriksel derece içinde kaldı.

Bozulmaları Ortaya Çıkmadan Önce Önlemek

İkinci büyük yükseltme, doğrudan motor torkunu belirleyen akım kontrolünün yöntemine ilişkin. Çoğu endüstriyel sürücü, belirli bir çalışma noktasına dikkatlice ayarlanması gereken ve motor ısındığında, yük değiştiğinde veya besleme dalgalandığında doğal olarak uyum sağlamayan denenmiş ve güvenilir bir orantısal–integral (PI) kontrolörüne dayanır. Burada yazarlar, ana tork üreten akım kanalında Aktif Bozulma İptal Kontrolü (Active Disturbance Rejection Control, ADRC) uyguluyor. Bu yaklaşım, parametre kayması ve ani yük değişiklikleri gibi tüm bilinmeyen etkileri tek bir “toplam bozulma” olarak ele alır ve bunu gerçek zamanlı tahmin etmek için yerleşik bir gözlemci kullanır. Kontrolör daha sonra o bozulmayı neredeyse ortaya çıkar çıkmaz iptal eder, akımı (dolayısıyla torku) basit ayarlarla hedefe yakın tutar ve güçlü bir sağlamlık sağlar.

Sistemi Teste Sokmak

Pseudo-rasgele enjeksiyon, geliştirilmiş PLL ve bozulma reddeden akım kontrolörü olmak üzere üç fikir birleştirilip gerçek bir 750 wattlık YASA motor düzeneğinde test edildi. Sabit frekanslı enjeksiyon, PI akım kontrolü ve standart bir PLL kullanan iyi ayarlanmış geleneksel bir kurulumla karşılaştırıldığında, yeni yöntem yük aniden iki katına çıktığında daha küçük hız düşüşleri ve daha hızlı toparlanma, hızlı hız terslemelerinde daha doğru takip ve genel olarak daha sıkı pozisyon tahminleri gösterdi. Motorun yüksek frekanslı sinyallerinin güç spektrumu ölçümleri, geleneksel yaklaşımın keskin gürültü zirvelerinin çok daha düz bir spektrumla yer değiştirdiğini ortaya koydu; bu da tonlu akustik gürültüde belirgin bir azalma ile tutarlı.

Günlük Makineler İçin Anlamı

Uzman olmayanlar için çıkarılacak sonuç, bu çalışmanın belirli bir sınıf yüksek torklu elektrik motorlarını daha sessiz ve daha sağlam hale getirmenin yolunu göstermesi: elektroniklerin rotorun pozisyonunu nasıl “hissettiğini” ve bozulmalara nasıl tepki verdiğini iyileştirerek. Ek donanım sensörlerine güvenmek veya sessizlik ile tepki hızı arasında bir ödün kabul etmek yerine önerilen strateji, hem sinyal tasarımını hem de kontrol algoritmalarını daha akıllı kullanarak her ikisini de sağlar. Sonuç, konfor, güvenilirlik ve verimliliğin önemli olduğu elektrikli araçlar, hassas robotlar ve diğer uygulamalar için daha pürüzsüz, düşük gürültülü sensörsüz tahrikler yönünde umut verici bir yol sunuyor.

Atıf: Rahmani-Fard, J., Mohammed, M.J. Low noise sensorless control of a YASA AFFSPM motor using ADRC and improved PLL. Sci Rep 16, 8236 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39335-4

Anahtar kelimeler: sensörsüz motor kontrolü, elektrikli araç tahrikleri, aksiyel akı sabit mıknatıslı motor, akustik gürültü azaltma, ileri düzey motor kontrol algoritmaları