The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics (전력전자학회논문지)

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Robust Speed Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor using a Fuzzy Logic Controller

퍼지제어기를 이용한 영구자석 동기전동기의 강인한 속도제어

  • 최영식 (동국대 전자전기공학부) ;
  • 유동녕 (동국대 전자전기공학부) ;
  • 정진우 (동국대 전자전기공학부)
  • Received : 2010.06.25
  • Accepted : 2010.07.28
  • Published : 2010.10.20
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Abstract

This paper proposes a new fuzzy speed controller based on the Takagi-Sugeno fuzzy method to achieve a robust speed control of a permanent magnet synchronous motor (PMSM). The proposed controller requires the information of the load torque, so the second-order load torque observer is used to estimate it. The LMI condition is derived for the existence of the proposed fuzzy speed controller, and the gains of the controller are provided. It is proven that the augmented control system including the fuzzy speed controller and the load torque observer is exponentially stable. To evaluate the performance of the proposed fuzzy speed controller, the simulation and experimental results are presented under motor parameter variations. Finally, it is clearly verified that the proposed control method can accurately control the speed of a permanent magnet synchronous motor.

본 논문에서는 영구자석 동기전동기(PMSM)의 강인한 속도 제어를 위하여 Takagi-Sugeno 퍼지 기법을 이용한 퍼지 속도제어기를 제안한다. 또한 제안된 퍼지 속도제어기는 부하 토크의 정보를 필요로 하므로 2차 부하 토크관측기를 이용하여 부하 토크를 추정한다. 퍼지 속도제어기가 존재하기 위한 LMI 조건을 유도하고, 제어기의 이득이 주어진다. 제안된 퍼지 속도제어기와 부하 토크관측기를 포함하는 확장된 제어시스템의 안정도가 보장됨을 보인다. 본 연구에서 제안된 퍼지 속도제어기의 성능을 검증하기 위하여, 전동기 파라미터 변동 하에서 시뮬레이션 및 실험결과가 주어졌다. 본 결과를 통하여 제안된 제어 기법은 영구자석 동기전동기의 속도를 정확하게 제어할 수 있음을 검증하였다.

Keywords

References

  1. 백인철, 김경화, 윤명중, "영구자석 동기전동기의 강인 비선형 속도제어기의 설계 및 DSP에 기반한 구현", 전력전자학회 논문지, 제4권, 제1호, pp. 1-12, 1999. 2.
  2. 유재성, 황선모, 원충연, 김상훈, "퍼지제어기를 이용한 엘리베이터용 영구자석형 동기전동기 벡터제어", 전력전자학회 논문지, 제10권, 제6호, pp. 534-542, 2005. 12.
  3. K. B. Lee and F. Blaabjerg, "Robust and stable disturbance observer of servo system for low-speed operation", IEEE Trans. Industry Applications, Vol. 43, No. 3, pp. 627-635, 2007. https://doi.org/10.1109/TIA.2007.895704
  4. S. H. Choi, J. S. Ko, I. D. Kim, J. S., Park, and S. C. Hong, "Precise position control using a PMSM with a disturbance observer containing a system parameter compensator", in IEE Proc. Electr. Power Appl., Vol. 152, No. 6, pp. 1573-1577, 2005. https://doi.org/10.1049/ip-epa:20045200
  5. K. H. Kim and M. J. Youn, "A nonlinear speed control for a PM synchronous motor using a simple disturbance estimation technique", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 49, No. 3, pp. 524-535, 2002. https://doi.org/10.1109/TIE.2002.1005377
  6. Y. Zhang, C. M. Akujuobi, W. H. Ali, C. L. Tolliver, and L. S. Shieh, "Load disturbance resistance speed controller design for PMSM", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 53, No. 4, pp. 1198-1208, 2006. https://doi.org/10.1109/TIE.2006.878313
  7. G. Zhu, L. A. Dessaint, O. Akhrif, and A. Kaddouri, "Speed tracking control of a permanent magnet synchronous motor with state and load torque observer", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 47, No. 2, pp. 345-355, 2000.
  8. H. H. Choi, "LMI-based nonlinear fuzzy observer-controller design for uncertain MIMO nonlinear systems", IEEE Trans. Fuzzy Systems, Vol. 15, No. 5, pp. 956-971, 2007. https://doi.org/10.1109/TFUZZ.2006.890676
  9. T. A. Johansen, R. Shorten, and R. Murray-Smith, "On the interpretation and identification of dynamic Takagi-Sugeno fuzzy models", IEEE Trans. Fuzzy Systems, Vol. 8, No. 3, pp. 297-313, 2000. https://doi.org/10.1109/91.855918
  10. M. C. M. Teixeira and S. H. Zak, "Stabilizing controller design for uncertain nonlinear systems using fuzzy models", IEEE Trans. Fuzzy Syst., Vol. 7, No. 2, pp. 133-142, 1999. https://doi.org/10.1109/91.755395
  11. T. Tagaki and M. Sugeno, "Fuzzy identification of systems and its applications to modeling and control", IEEE Trans. Syst., Man, Cybern., Vol. 15, No. 1, pp. 116-132, 1985.
  12. S. Boyd, L. El Ghaoui, E. Feron, and V. Balakrishnan, "Linear Matrix Inequalities in System and Control Theory", SIAM, Philadelphia, PA, 1994.

Cited by

  1. Speed Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor for Steering System Using Fuzzy Algorithm vol.18, pp.6, 2012, https://doi.org/10.5302/J.ICROS.2012.18.6.526
  2. Sensorless MPPT Control of a Grid-Connected Wind Power System Using a Neuro-Fuzzy Controller vol.16, pp.5, 2011, https://doi.org/10.6113/TKPE.2011.16.5.484