ระบบควบคุมวอร์ด เลียวนาร์ดหรือที่รู้จักกันในชื่อระบบขับเคลื่อนวอร์ด เลียวนาร์ด เป็นระบบควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรง ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งคิดค้นโดย แฮร์รี วอร์ด เลียวนาร์ดในปี 1891 ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 ระบบควบคุมของวอร์ด เลียวนาร์ด ถูกนำไปใช้โดยกองทัพเรือสหรัฐฯ และยังใช้ในลิฟต์โดยสารของเหมืองขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังเป็นทางออกสำหรับทางเดินเลื่อนในงานแสดงสินค้าปารีสปี 1900 ซึ่งระบบอื่นๆ จำนวนมากไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง ระบบนี้ถูกนำไปใช้กับหัวรถจักรที่ใช้ในสงครามโลกครั้งที่ 1และใช้ในเรดาร์ต่อต้านอากาศยานในสงครามโลกครั้งที่ 2 เมื่อเชื่อมต่อกับ ระบบควบคุมปืนต่อต้านอากาศยานอัตโนมัติการเคลื่อนที่ติดตามในสองมิติจะต้องราบรื่นและแม่นยำอย่างยิ่งห้องปฏิบัติการรังสีวิทยาของ MITเลือกใช้ระบบวอร์ด เลียวนาร์ด เพื่อติดตั้งในเรดาร์SCR-584 ที่มีชื่อเสียง ในปี 1942 ระบบควบคุมวอร์ด เลียวนาร์ด ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในลิฟต์จนกระทั่ง มีการใช้ระบบขับเคลื่อน ไทริสเตอร์ในทศวรรษ 1980 เนื่องจากให้การควบคุมความเร็วที่ราบรื่นและแรงบิดที่สม่ำเสมอ ระบบควบคุม Ward Leonard และรูปแบบต่างๆ ของระบบเหล่านี้จำนวนมากยังคงใช้งานอยู่^{[ 1 ]}

คุณสมบัติหลักของระบบควบคุม Ward Leonard คือความสามารถในการปรับความเร็วของมอเตอร์ DC ได้อย่างราบรื่น รวมถึงการกลับทิศทางการหมุน โดยการควบคุมสนามแม่เหล็กและแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC ตลอดจนสนามแม่เหล็กของมอเตอร์เอง เนื่องจากความเร็วของมอเตอร์ DC ถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย ทำให้สามารถควบคุมความเร็วได้อย่างง่ายดาย เครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC สามารถขับเคลื่อนได้ด้วยวิธีการใดก็ได้ 'ตัวขับเคลื่อนหลัก' นี้อาจเป็นมอเตอร์ AC หรืออาจเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน (การประยุกต์ใช้กับยานพาหนะได้รับการจดสิทธิบัตรโดย HW Leonard ในปี 1903 ^{[ 2 ]} )

ไดรฟ์ Ward Leonard สามารถมองได้ว่าเป็นเครื่องขยายกำลังสูงในช่วงหลายกิโลวัตต์ ซึ่งสร้างขึ้นจากเครื่องจักรไฟฟ้าแบบหมุน โดยที่ 'ตัวขับเคลื่อนหลัก' เป็นไฟฟ้า หน่วยไดรฟ์ Ward Leonard ประกอบด้วยมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีเพลาเชื่อมต่อกัน ตัวขับเคลื่อนหลักซึ่งหมุนด้วยความเร็วคงที่ อาจใช้พลังงานจากกระแสสลับหรือกระแสตรง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่มีขดลวดสนามและขดลวดอาร์มาเจอร์ อินพุต ไปยังเครื่องขยายจะถูกป้อนเข้าที่ขดลวดสนาม และเอาต์พุตกำลังที่สูงกว่าจะมาจากขดลวดอาร์มาเจอร์ (ดูหลักการกระตุ้น (แม่เหล็ก)#เครื่องขยายสัญญาณสำหรับวิธีที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายสัญญาณได้) เอาต์พุตของเครื่องขยายสัญญาณมักจะเชื่อมต่อกับมอเตอร์ตัวที่สองซึ่งเคลื่อนย้ายโหลด เช่น ลิฟต์ ด้วยการจัดเรียงนี้ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในกระแสที่ป้อนเข้า และด้วยเหตุนี้จึงส่งผลต่อสนามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในเอาต์พุต ทำให้สามารถควบคุมความเร็วได้อย่างราบรื่น^{[ 3 ]}

อาจใช้ฟลายวีลเพื่อลดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในระหว่างการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างกะทันหัน ระบบ Ward Leonard ที่มีการดัดแปลงนี้เรียกว่าระบบควบคุมWard Leonard Ilgner [ ^{4 ] ใน}การกำหนดค่าดัง กล่าว มอเตอร์ซิงโครนัสซึ่งปกติใช้สำหรับการควบคุม Ward Leonard จะถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบโรเตอร์พันขดลวด การรวมกันของมอเตอร์เหนี่ยวนำ ฟลายวีล และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่าชุด Ilgnerซึ่งช่วยแยกการโหลดสูงระยะสั้นที่ไม่ต่อเนื่องของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกจากแหล่งจ่ายไฟ AC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 5 ] [ 6 ]}

ความเร็วของมอเตอร์ DC ถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้กับขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Vgf จะทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าขาออกที่เปลี่ยนแปลงจะทำให้แรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์เปลี่ยนแปลงไปด้วย เนื่องจากทั้งสองเชื่อมต่อกันโดยตรงผ่านอาร์มาเจอร์ ดังนั้น การเปลี่ยนแปลง Vgf ควบคุมความเร็วของมอเตอร์ ภาพทางด้านขวาแสดงระบบควบคุม Ward Leonard โดยที่ Vgf ให้กับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและ Vmf ให้กับมอเตอร์^{[ 7 ]}

ตัวอักษรย่อ 'g' และ 'm' ตัวแรก แทนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ ส่วนตัวอักษรย่อ 'f', 'r' และ 'a' แทนขดลวดสนามแม่เหล็ก ขดลวดโรเตอร์ และขดลวดอาร์มาเจอร์ ตามลำดับ

• ${\displaystyle W_{i}}$= เวกเตอร์สถานะพืช
• ${\displaystyle K}$= กำไร
• ${\displaystyle t}$= ค่าคงที่เวลา
• ${\displaystyle J}$= โมเมนต์ความเฉื่อยเชิงขั้ว
• ${\displaystyle D}$= แรงเสียดทานหนืดเชิงมุม
• ${\displaystyle G}$= ค่าคงที่การเหนี่ยวนำแบบหมุน
• ${\displaystyle s}$= ตัวดำเนินการลาปลาส

สมการที่ 1: สมการสนามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

${\displaystyle V_{g}^{f}=R_{g}^{f}I_{g}^{f}+L_{g}^{f}I_{g}^{f}}$

สมการที่ 2: สมการสมดุลทางไฟฟ้าในวงจรขดลวดอาร์มาเจอร์

${\displaystyle -G_{g}^{f}aI_{g}^{f}W_{g}^{r}+(R_{g}^{a}+R_{m}^{a})I^{a}+(L_{g}^{a}+L_{m}^{a})I^{a}+G_{m}^{f}aI_{m}^{f}W_{m}^{r}=0}$

สมการที่ 3: สมการแรงบิดของมอเตอร์

${\displaystyle -T_{L}=J_{m}W_{m}^{r}+D_{m}W_{m}^{r}}$

ด้วยค่าอิมพีแดนซ์รวม${\displaystyle L_{g}^{a}+L_{m}^{a}}$หากละเลย ฟังก์ชันถ่ายโอนสามารถหาได้โดยการแก้สมการที่ 3${\displaystyle T_{L}=0}$.

สมการที่ 4: ฟังก์ชันถ่ายโอน

${\displaystyle {\frac {W_{m}^{r}(S)}{V_{g}^{f}(S)}}={\cfrac {K_{B}K_{v}/D_{m}}{\left(t_{g}^{f}s+1\right)\left(t_{m}s+{\frac {K_{m}}{D_{m}}}\right)}}}$^{[ 7 ]}

โดยมีค่าคงที่ที่กำหนดไว้ดังต่อไปนี้:

${\displaystyle K_{B}={\frac {G_{m}^{f}aV_{m}^{f}}{R_{m}^{f}(R_{g}^{a}+R_{m}^{a})}}}$

${\displaystyle K_{v}={\frac {G_{g}^{f}aW_{g}^{r}}{R_{g}^{f}}}}$

${\displaystyle t_{m}={\frac {J_{m}}{D_{m}}}}$

${\displaystyle t_{g}^{f}={\frac {L_{g}^{f}}{R_{g}^{f}}}}$

${\displaystyle K_{m}=D_{m}+K_{B}^{2}(R_{g}^{a}+R_{m}^{a})}$