This paper presents a comparative study of position sensorless control schemes based on back-electromotive force (back-EMF) estimation in permanent magnet synchronous motors (PMSM). The characteristics of the estimated back-EMF signals are analyzed using various mathematical models of a PMSM. The transfer functions of the estimators, based on the extended EMF model in the rotor reference frame, are derived to show their similarity. They are then used for the analysis of the effects of both the motor parameter variations and the voltage errors due to inverter nonlinearity on the accuracy of the back-EMF estimation. The differences between a phase-locked-loop (PLL) type estimator and a Luenberger observer type estimator, generally used for extracting rotor speed and position information from estimated back-EMF signals, are also examined. An experimental study with a 250-W interior-permanent-magnet machine has been performed to validate the analyses.
This paper proposes an estimation method of back emf for the sensorless controlled high speed PMSM drive in turbo compressors with air bearings. The back emf of PMSM motor varies due to the temperature variation, which deteriorates the control performance of sensorless controlled PMSM drives. The proposed method is based on the current model of the PMSM motor. The simulation results show that the proposed method estimates the back emf of sensorless controlled PMSM drives with reasonable accuracy for parameter adaptation.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.21
no.5
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pp.418-426
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2016
This paper analyzes the effect of resistance error to the performance of sensorless drive system of surface-mounted permanent magnet synchronous machine (SMPMSM) based on the back-EMF observer. The analysis shows that the bandwidth of the entire sensorless drive system decreased in the low-speed region when using smaller resistance value than the actual one in the back-EMF observer. Even if the back-EMF observer invokes estimation error, the entire sensorless drive system does not make any steady-state position error. These characteristics may have positive effects such as extension of the low speed limit that goes further down in the sensorless drive. The validity of the analysis is verified by the experimental setup comprising the MG set.
The current model based sensorless method has many benefits that it can be robust control for large load torque. However, this method should determine a coefficient of back electro motive force(back-emf). This coefficient is varied by load torque and speed. Also, the coefficient determining equation is not exist, so it is determined only by experiment. On the other hands, using only back-emf estimatior method can not drive in low speed area and it has weakness in load variation. For these problems, this paper suggests the hybrid sensorless method that mixes the back-emf estimator regarding saliency and the current based sensorless model. This estimator offers not only non-necessary coefficient for current sensorless model, but also wide speed area operating in no specific transition method.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.3
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pp.8-15
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2019
The PM synchronous motor drives with vector control have been applied to wide fields of industry applications due to its high efficiency. The rotor position information for vector control of a PM synchronous motor is detected from the rotor position sensors or rotor position estimators. The sensorless control based on the mathematical model of PM synchronous motor is generally used and it can be classified into back EMF -based sensorless control and magnet flux-based sensorless control. The rotor position estimating performance of the back EMF-based sensorless control is deteriorated at low speeds since the magnitude of back EMF is proportional to the motor speed. The magnitude of the magnet flux for estimating rotor position in the flux-based sensorless control is independent on the motor speed so that the estimating performance is excellent for wide speed ranges. However, the estimation performance of the model-based sensorless control may be influenced by the motor parameter variation since the rotor position estimator uses the mathematical model of the PM synchronous motor. In this paper, the rotor position estimation performance for the back EMF based- and flux-based sensorless controls is analyzed theoretically and is compared through the simulation and experiment when the motor parameters including stator resistance and inductance are varied.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.7
no.6
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pp.579-586
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2002
With increase of servo motor in industrial and home application, a number of papers related to PMSM control have been researched. Among them, sensorless control schemes are especially concerned in a view point of their cost reduction. In a conventional approach, a rotor position is generally estimated by the integration of estimated rotor speed. In this method, because of their tight relationship between the amplitude of back-emf and rotor position, it is somewhat difficult to find two parameters at the same time. To solve this problem, a novel sensorless control scheme is proposed. It utilizes a back-emf normalization, so that it does not require the variables related with the amplitude of back-emf. The validity of the proposed control scheme is verified through experimental results.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.10
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pp.910-916
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2015
A sensorless motor control scheme with conventional back-Electro Motive Force (EMF) sensing based on zero crossing point (ZCP) detection has been widely used in various applications. However, there are several problems with the conventional method for effectively driving sensorless brushless motors. For example, a phase mismatch of 30 degrees occurs between the ZCP and commutation time. Additionally, most of the motor speed/current controls are achieved based on a pulse width modulation (PWM) method, which generates significant noise that distracts the back-EMF sensing. Due to the PWM switching, the ZCP is not deterministic, and thus the efficiency of the motor is reduced because the phase transition points become uncertain. Moreover, the motor driving performance is degraded at a low speed range due to the effect of PWM noise. To solve these problems, an improved back-EMF detection method based on a differential line method is proposed in this paper. In addition, the proposed sensorless BLDC driver addresses the problems by using a variable voltage driver generated from a buck converter. The variable voltage driver does not generate the PWM switching noise. Consequently, the proposed sensorless motor driver improves 1) the signal-to-noise ratio of back-EMF, 2) the operation range of a BLDC motor, and 3) the torque characteristics. The proposed sensorless motor driver is verified through simulations and experiments.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.5
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pp.794-803
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2016
This paper propose a sensorless control system of IPMSM with a adaptive back-EMF estimator and improved instantaneous reactive power compensator. A saliency-based back-EMF is estimated by using the adaptive algorithm. The estimated back-EMF is inputted to the phase locked loop(PLL) and the improved instantaneous reactive power(IRP) compensator for estimating the position/speed of the rotor and compensating the error components between the estimated and the actual position, respectively. The stability of the proposed system is achieved through Popov's hyper stability criteria. The validity of proposed algorithm is verified by the simulations and experiments.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.21
no.5
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pp.449-452
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2016
This paper presents a simplified analysis on the rotor position detection error in sensorless interior permanent magnet brushless DC motor (BLDCM) drives, wherein terminal voltage sensing based on the back-electromotive force (back-EMF) zero-crossing point detecting circuitry is employed. The effect of a rotor saliency on the back-EMF's zero-crossing point detection is analyzed using the extended EMF-based voltage equation of the interior permanent BLDCM in a stationary reference frame, and thus the overall analysis is considerably simplified compared to the conventional one. Simulation results are provided to verify the effectiveness of the proposed method.
An inverter output power control based power factor correction (PFC) strategy is being extensively used for permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives in appliances because such a strategy can considerably reduce the cost and size of the inverter. In this strategy, PFC circuits are removed and large electrolytic DC-link capacitors are replaced with small film capacitors. In this application, the PMSM d-q axes currents are controlled to produce ripples, the frequency of which is twice that of the AC main voltage, to obtain a high power factor at the AC mains. This process indicates that the PMSM operates under periodic magnetic saturation conditions. This paper proposes a back electromotive-force (back-EMF) estimator for the high-speed sensorless control of PMSM operating under periodic magnetic saturation conditions. The transfer function of the back-EMF estimator is analyzed to examine the effect of the periodic magnetic saturation on the accuracy of the estimated rotor position. A simple compensation method for the estimated position errors caused by the periodic magnetic saturation is also proposed in this paper. The effectiveness of the proposed method is experimentally verified with the use of a PMSM drive for a vacuum cleaner centrifugal fan, wherein the maximum operating speed reaches 30,000 rpm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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