همزمان با گسترش استفاده از انرژی باد فن آوریهای متفاوتی نیز برای توربین های بادی توسعه یافته است. در سالهای گذشته با توجه به مزیت های ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم (pmsg) از جمله بازدهی بالا و امکان حذف گیربکس از این نوع ژنراتورها در توربین های بادی استفاده شده است. توربین های بادی سرعت متغیر باتوجه به مزایایی ازقبیل امکان کنترل حداکثر توان توربین بادی، افزایش کیفیت توان تزریقی به شبکه و کنترل توان راکتیو بسیار موردتوجه قرار گرفته اند. در سیستم های بادی سرعت متغیر ژنراتور توسط ادوات الکترونیک قدرت کنترل و به شبکه متصل می شود. مبدل منبع ولتاژ یکی از ادوات مورد استفاده در سیستم های توربین بادی سرعت متغیر است. این مبدل دارای مشکلاتی نظیر محدودیت رنج عملکرد و حساسیت به نویزهای الکترومغناطیسی (emi) است و تنها به صورت کاهنده عمل می کند. لذا برای کاربردهایی که نیاز به افزایندگی داشته باشد نیاز به تبدیل دو مرحله ای با استفاده از مبدل افزاینده dc است. مبدل منبع امپدانسی به عنوان جایگزینی مناسب برای مبدل های منبع ولتاژ اخیرا پیشنهاد شده است. این مبدل با یک تبدیل تک مرحله ای توانایی عملکرد به صورت کاهندگی و افزایندگی را دارد. در این پژوهش توربین بادی سرعت متغیر با استفاده از ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم مدنظر است که با استفاده از مبدل منبع امپدانسی کنترل و به شبکه متصل می شود. مبدل منبع امپدانسی دارای دو درجه آزادی برای کنترل است که با استفاده از آنها امکان کنترل حداکثر توان توربین بادی وانتقال توان تولیدی به شبکه فراهم می شود. در ضمن سایر سیستم های توربین بادی براساس pmsg نیز مطالعه و با سیستم ارائه شده براساس مبدل منبع امپدانسی مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که سیستم ارائه شده براساس مبدل منبع امپدانسی نسبت به سایر سیستم های موجود از لحاظ حفظ کیفیت توان شبکه عملکرد بهتری از خود نشان می دهد و از لحاظ راندمان عملکرد قابل قبولی دارد. این سیستم ها از لحاظ tsdpr که ملاکی از هزینه نیمه هادی ها است مقایسه شده اند و براساس نتایج حاصل، سیستم ارائه شده از لحاظ هزینه نیز توانایی رقابت با سایر سیستم های موجود را دارا است.

استفاده از خودروهای الکتریکی گام مهمی در راستای حل مشکلات زیست محیطی ناشی از آلایندگی خودروهای با موتورهای احتراق داخلی است. با اینحال چگالی پائین انرژی و بالا بودن زمان شارژ باتری های کنونی یکی از نقاط ضعف خودروهای الکتریکی است. در نتیجه، مدیریت انرژی در این خودروها بسیار پراهمیت است. به علاوه، طراحی بهینه موتور، انتخاب یک درایو مناسب و استراتژی کنترلی بهینه از عوامل مهم دیگر در بهبود مدیریت و مصرف انرژی در خودروهای الکتریکی به حساب می آیند. از ویژگی های مطلوب سیستم محرکه یک خودروی الکتریکی می توان نسبت «گشتاور بر اینرسی» و «توان بر وزن» بالا، قابلیت تولید گشتاور ماکزیمم بالا، سرعت بالا، سطح پائین نویز، نیاز کم به نگهداری، اندازه کوچک، وزن کم، هزینه معقول، بازده بالا و بازیافت انرژی بازگشتی به منبع به هنگام ترمز را برشمرد. موتورهای القایی قفس سنجابی دارای اکثر خواص اشاره شده فوق هستنند. روش های متعددی برای کنترل سرعت و گشتاور موتورهای القایی قفس سنجابی ارائه شده است. معروف ترین آنها کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور است. برخلاف کنترل برداری، کنترل مستقیم گشتاور نیاز به تنظیم کننده pi جریان، تبدیلات دستگاهها و تولیدکننده های سیگنال های pwm ندارد. به علاوه، کنترل مستقیم گشتاور در مقایسه با کنترل برداری، به تغییر پارامترها بسیار کمتر حساس است. از سوی دیگر کنترل مستقیم گشتاور دارای برخی معایب چون ریپل بالای جریان و گشتاور و عدم امکان کنترل مستقیم جریان را دارد. روش ترکیبی کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور از مزایای هر دوی این روش ها بهره جسته و در عین حال فاقد مشکلات موجود در پیاده سازی آنها است. با اینحال این مزایا برای موتور القایی محرک خودروی الکتریکی کافی نیستند. درایو موتور القایی به کار رفته در خودروی الکتریکی بایستی دارای بازده بالایی نیز باشد تا نسبت «مسافت بر شارژ باتری» را افزایش دهد. در نتیجه، روش ترکیبی با یک استراتژی کاهش تلفات همراه شده تا بازده درایو را افزایش دهد. همچنین برای عملکرد مناسب موتور در بازه وسیع سرعت، یک طرح کنترلی برای انجام عمل تضعیف میدان ارائه شده است. ایده اصلی این طرح بر مبنای تنظیم شار مرجع براساس خطای گشتاور است که در نتیجه منجر به انجام خودبخودی عمل تضعیف میدان می گردد. مهم ترین ویژگی های روش پیشنهادی، وابستگی جزئی آن به پارامترهای ماشین و گذر نرم از ناحیه گشتاور ثابت به ناحیه توان ثابت (تضعیف میدان) و بالعکس می باشد. به علاوه، یک الگوریتم تخمین سرعت که به طور مستقیم و با استفاده از تخمین شار استاتور و روتور سرعت موتور را تخمین می زند، ارائه شده است که با حذف حسگر سرعت موجب کاهش هزینه شده و نیاز به نگهداری سیستم را کاهش می دهد.

مزایای موتور bldc نسبت به موتورهای dc معمولی و القایی ذکر شده است، سپس به مسئله عدم راه اندازی موتور bldc تکفاز با فاصله هوایی متقارن پرداخته شده است. مدل های مختلف فاصله هوایی نامتقارن در مراجع مختلف مرور شده و گشتاور cogging در هر حالت شرح داده شده است. همچنین مبانی تحلیل الکترومغناطیسی در محیط ansys به طور خلاصه مرور شده است. در این پایان نامه برای چهار مدل مختلف موتور bldc تکفاز، فاصله های هوایی نامتقارن گوناگون در نظر گرفته شده است. در هر حالت اثر مغناطیس کنندگی آهنربای دایم بر روی گشتاور راه اندازی و گشتاور cogging بررسی شده است. با مطالعه دقیق، برای هر چهار مدل موتور، فاصله هوایی نامتقارن بهینه تعیین شده است. در ادامه برای موتورهای منتخب، نیروهای مغناطیسی شعاعی ناشی از خروج از مرکز استاتیکی و دینامیکی و اثر مغناطیس کنندگی آهنربای دایم بر روی اندازه این نیروها مطالعه شده است. برای تحلیل های اجزا محدود از نرم افزار ansys و برای رسم نمودارها و تحلیل هارمونیکی از نرم افزار matlab استفاده شده است.

امروزه بنا به مسائل اقتصادی، کاهش منابع فسیلی و عوامل زیست محیطی توجه ویژه ای به مطالعه توربین بادی، ژنراتورهای تغذیه دو سو و کنترل آن می شود. در این پایاننامه یک روش تحلیلی برای طراحی یک کنترل کننده غیرخطی برای ژنراتور القایی تغذیه دوسو (dfim) جهت استخراج توان مکانیکی بیشینه از باد و تعقیب مسیر اندازه بردار شار مغناطیسی به میزان مطلوب، در حضور نامعینی پارامتری مدل dfim، نامعینی غیرپارامتری منحنی توان مکانیکی باد و وجود تنها یک سنسور سرعت برای اندازه گیری سرعت باد، ارائه می شود. برای استخراج توان مکانیکی بیشینه، مطلوب است که نسبت سرعت خطی پره های توربین به سرعت باد برابر مقدار نسبت بهینه ای باشد که در آن، منحنی توان مکانیکی به بیشینه مطلق خود می رسد. مساله استخراج توان مکانیکی بیشینه از باد به مساله تعقیب مسیر سرعت زاویه ای توربین به سرعت زاویه ای مطلوب تبدیل می شود، که در آن سرعت زاویه ای مطلوب توربین متناسب با سرعت باد است و ضریب تناسب متناظر با نسبت بهینه است. نوآوری اساسی این پایاننامه ارائه یک شمای کنترلی پیشنهادی مد لغزشی دینامیکی برای استخراج توان مکانیکی بیشینه و تعقیب مسیر بردار شار مغناطیسی در حضور نامعینی پارامتری در پارامترهای مدل dfim، نامعینی غیرپارامتری در منحنی توان مکانیکی باد و استفاده از تنها یک حس گر برای اندازه گیری سرعت باد است. این شمای کنترلی بر مبنای روش خطی سازی ورودی-خروجی طراحی می شود. به طور مشخص تر، دو خروجی خطای تعقیب سرعت و تعقیب اندازه شار برای سیستم تعریف می شود. نشان داده می شود که این خروجی ها نسبت به دو ورودی کنترلی دارای بردار درجه نسبی (1و2) هستند. با طراحی یک قانون کنترل کمکی مد لغزشی، خروجی های مذکور در حضور نامعینی های پارامتری و غیرپارامتری در زمان محدود رگوله (تنظیم) می شوند؛ حالت های ژنراتور در زمان محدود به خمینه دینامیک صفر متناظر با این خروجی ها محدود می شوند. به علاوه، یک رویت گر مد لغزشی برای جبران اثر عدم وجود حس گرهای لازم برای اندازه گیری مشتقات اول و دوم سرعت باد، پیشنهاد می شود. با استفاده از نظریه پایداری لیاپانوف و قضیه کران داربودن نهایی نشان داده می شود که مساله رگولاسیون خروجی ها به صورت مجانبی انجام شده و در ضمن حالت های داخلی سیستم حلقه -بسته کران دار باقی می مانند. در نهایت، شبیه سازی و مثال عددی ارائه شده در پایان فصل صحت تحلیل های پایداری انجام شده را تایید می کنند. نتایج تحلیلی و عددی این فصل نشان می دهند که قانون فیدبک مد لغزشی و دینامیکی پیشنهاد شده می تواند جهت استخراج توان مکانیکی بیشینه از باد و تعقیب مسیر اندازه بردار شار به میزان مطلوب خود، در حضور نامعینی های پارامتری مدل dfim و غیرپارامتری منحنی توان مکانیکی باد و وجود تنها یک سنسور سرعت برای اندازه گیری سرعت باد، استفاده شود به گونه ای که حالتهای داخلی کران دار باقی بمانند.

در این پایان نامه روی درایو یک قطار پر سرعت مطالعه می شود. درایو این قطار، موتور القایی استفاده می کند و روش کنترلی آن بر اساس کنترل برداری است، که در صنعت به دلیل کارایی عملکرد بالا و سادگی، از محبوبیت زیادی برخوردار است. برای این درایو رویتگر سرعت، رویتگر شار روتور، رویتگر گشتاور بار و رویتگر گشتاورالکترومغناطیسی موتور، برای اهداف مختلفی استفاده می شود. از رویتگر سرعت می توان در سیستم خطایاب و کنترلی استفاده کرد، به این صورت که با مقایسه ی بین سرعت اندازه گیری شده و رویت شده اطلاعاتی را برای مرکز نگهداری بفرستد، و هم می توان در حالت وجود خطای سنسور سرعت، کنترل موتور را به حالت کنترل بدون سنسور تغییر داد. رویتگر شار روتور به جای سنسور های شار برای محاسبه ی اندازه و زاویه ی شار روتور به کار می رود که دو پارامتر مهم در کنترل برداری محسوب می شوند. از رویتگر گشتاور الکترو مغناطیسی موتور نیز می توان برای محاسبه ی گشتاور به کار برده شده به عنوان فیدبک در سیستم حلقه بسته ی کنترل موتور استفاده کرد. رویتگر گشتاور بار نیز می تواند در سیستم خطایاب به کار رود، به این صورت که با مقایسه ی بین گشتاور واقعی و رویت شده اطلاعاتی را به مرکز نگهداری به منظور اهداف عیب یابی بفرستد. در کل کاربرد این رویتگر ها و سیستم خطایاب عملکرد و ایمنی درایو قطار را بالا می برد. توسعه و پیشرفت صنعت حمل و نقل ریلی، به طور چشمگیری به قابلیت اطمینان خوردرو های ریلی بستگی دارد. همه ی سیستم های ریلی بایستی به سیستم کنترلی مناسب و سیستم خطایاب دقیق مجهز باشند، تا امنیت و ایمنی حمل و نقل مسافر و بار تامین شود. بیشتر سیستم های کنترلی و خطایاب با سنسور های اضافی مجهز شده اند. متاسفانه با سنسور های اضافی، مونتاژ و نگهداری خودرو پیچید ه تر می شود، هم چنین هزینه ی سیستم ریلی نیز افزایش می یابد. امروزه با به کار گیری روش های محاسباتی، این امکان فراهم شده است که تعدادی از سنسور های اضافی حذف شود.

موتورهای الکتریکی مختلفی منجمله موتورهای آهنربای دائم ‏‎pm‎‏ برای استفاده در سیستمهای درایو خودروهای الکتریکی بکار می روند. فراهم بودن مواد آهنربای دائم پرقدرت و امکان تضعیف میدان از عوامل لازم برای کارایی خوب موتور ‏‎pm‎‏ هستند.