A complete current loop decoupling control strategy based on a sliding mode observer (SMO) is proposed to eliminate the influence of current dynamic coupling and back electromotive force (EMF) in the vector control of permanent magnet synchronous motors. With this strategy, current dynamic decoupling and back EMF compensation can be simultaneously achieved. Unlike conventional methods, the proposed strategy can avoid the disturbances caused by the parametric variations of motor systems and maintain the advantages of proportional integral (PI) controllers, which are robust and easy to operate. An improved SMO, which uses a special PI regulator other than a linear saturation function as the equivalent control law in the boundary layer of a sliding surface, is proposed to eliminate the estimated errors caused by the quasi-sliding mode and obtain a satisfactory decoupling performance. The stability and parameter robustness of the proposed strategy are also analyzed. Physical experimental results are presented to verify the validity of the method.
This paper proposed a novel double closed control strategy for single-phase voltage source pulse width modulation (PWM) rectifier based on active disturbance rejection control (ADRC) and dq current decoupling control. First, the mathematical model of the single-phase PWM rectifier in the d-q axis synchronous rotating reference frame is established by constructing a virtual component using a second-order generalized integrator (SOGI). Then, the mathematical model is simplified according to the active power conservation, and the first-order equation of single-phase PWM rectifier voltage outer loop is acquired. A linear auto-disturbance rejection controller is used to design the voltage outer loop according to the first-order equation. Finally, the proposed control strategy and the traditional PI control are compared and verified by simulation and physical experiments. Both simulation and experimental results confirm that the proposed control strategy has excellent dynamic performance and strong rejection ability to disturbances.
With power level of grid-connected converters rising, the switching frequency of the switching devices is commonly greatly reduced to improve its power capacity. However, this results in serious couplings of the dq current components, which leads to degradation of the static and dynamic performances of grid-connected converters and fluctuations of the reactive power in dynamic processes. In this paper, complex vector models under low switching frequency are established for an L/LCL grid-connected converter, and the relationship between the switching frequency and the coupling degree is analyzed. In addition, a series decoupling current control strategy is put forward. It is shown that the proposed control strategy can eliminate the couplings, improve the performances and have good robustness to parameter variations through static and dynamic characteristics analyses and a sensitivity analysis. Experimental and simulation results also verify the correctness of the theoretical analyses and the superiority of the proposed control strategy.
Three-level PWM rectifiers applied in medium voltage applications usually operate at low switching frequency to keep the dynamic losses under permitted level. However, low switching frequency brings a heavy cross-coupling between the current components $i_d$ and $i_q$ with a poor dynamic system performance and a harmonic distortion in the grid-connecting current. To overcome these problems, a mathematical model based on complex variables of the three-level voltage source PWM rectifier is firstly established, and the reasons of above issues resulted from low switching frequency have been analyzed using modern control theory. Then, a novel control strategy suitable for the current decoupling control based on the complex variables for $i_d$ and $i_q$ is designed here. The comparisons between this kind of control strategy and the normal PI method have been carried out. MATLAB and experimental results are given in detail.
This paper presents a discrete state-space controller using state feedback control and feed-forward decoupling to provide a desirable control bandwidth and control stability for dynamic voltage restorers (DVR). The paper initially discusses three typical applications of a DVR. The load-side capacitor DVR topology is preferred because of its better filtering capability. The proposed DVR controller offers almost full controllability because of the multi-feedback of state variables, including one-beat delay feedback. Feed-forward decoupling is usually employed to prevent disturbances of the load current and source voltage. Directly obtaining the feed-forward paths of the load current and source voltage in the discrete domain is a complicated process. Fortunately, the full feed-forward decoupling strategy can be easily applied to the discrete state-space controller by means of continuous transformation. Simulation and experimental results from a digital signal processor-based system are included to support theoretical analysis.
This paper presents a novel close-loop control scheme based on small signal modeling and weighted composite voltage feedback for a three-phase input and single-phase output Matrix Converter (3-1MC). A small non-polar capacitor is employed as the decoupling unit. The composite voltage weighted by the load voltage and the decoupling unit voltage is used as the feedback value for the voltage controller. Together with the current loop, the dual-loop control is implemented in the 3-1MC. In this paper, the weighted composite voltage expression is derived based on the sinusoidal pulse-width modulation (SPWM) strategy. The switch functions of the 3-1MC are deduced, and the average signal model and small signal model are built. Furthermore, the stability and dynamic performance of the 3-1MC are studied, and simulation and experiment studies are executed. The results show that the control method is effective and feasible. They also show that the design is reasonable and that the operating performance of the 3-1MC is good.
A parallel control strategy in capacity proportion frequency allocation mode for shunt active power filters (APFs) is proposed to overcome some of the difficulties in high power applications. To improve the compensation accuracy and overall system stability, an improved selective harmonic current control based on multiple synchronous rotating reference coordinates is presented in a single APF unit, which approximately implements zero steady-state error compensation. The combined decoupling strategy is proposed and theoretically analyzed to simplify selective harmonic current control. Improved selective harmonic current control forms the basis for multi-APF parallel operation. Therefore, a parallel control strategy is proposed to realize a proper optimization so that the APFs with a larger capacity compensate more harmonic current and the ones with a smaller capacity compensate less harmonic current, which is very practical for accurate harmonic current compensation and stable grid operation in high power applications. This is verified by experimental results. The total harmonic distortion (THD) is reduced from 29% to 2.7% for a typical uncontrolled rectifier load with a resistor and an inductor in a laboratory platform.
In this paper, a novel control strategy for PWM current source converter and inverter is proposed, applying a multivariable state feedback control. The PWM converter controls line current to be sinusoidal and make input power factor unity. In addition, the modulation index control of dc link current is carried out, which produces lower loss of switching devices. Since the voltage control of inverter output filter capacitor is performed a decoupling of the d-q current of the induction motor is well retained. With the proposed algorithm, both high dynamic responses and satisfactory static performance can obtained.
This paper proposes the control algorithm for maximum efficiency drive of PWM inverter - induction motor system with high dynamic performance. If the induction motor is driven under light load with rated magnetizing current, the Iron loss is excessively large compared with the codder loss which results in doer motor efficiency. Maximum efficiency drive of an induction motor can be achieved by controlling the magnetizing current to satisfy the optimal ratio that leads the total motor loss to be a minimum value at a given speed. The proposed control algorithm essentially uses vector control technique and adopts voltage decoupling control strategy to prevent the degradation of dynamic performance due to reduced magnetizing current. To verify the proposed method, digital simulations and experiments are carried out for a squirrel-cage induction motor with the rating of 2.2[kW].
건설산업은 타산업에 비해 불확실성이 크게 존재하고, 작업간에 상호 의존성이 강한 산업으로, 불확실성에 의해 발생되는 변이는 건설산업의 생산성 감소를 가져온다. 불확실성에 의한 변이의 대처방안으로 변이관리 및 연구의 필요성이 절실히 요구되고 있으나, 아직까지 국내에선 연구가 미흡한 실정이다. 본 연구의 목적은 건설산업에서 변이의 원인 빛 유형을 분석하고 그에 대한 대안으로 변이관리 기구 및 기법을 정립에 있다. 변이관리를 위한 방법으로, 우선 국내 건설현장에서의 변이관리 실태를 조사하였으며, 이를 토대로 변이관리 모델을 제안하였다. 변이관리 모델은 변이관리 기구를 통한 첫 번째 접근과 변이관리 기법을 통한 두 번째 접근 방식으로 제안하였고, 변이발생 시기에 따른 접근으로 변이의 발생 전과 발생 시, 발생 후로 변이관리의 상태를 분류하였다. 또한 변이관리에 적용되는 변이관리 기법으로 쉴딩(shielding)과 디커플링(decoupling) 두 가지를 사용하였다. 변이관리 기구 빛 기법의 적용은 국내 건설산업에서 생산성과 신뢰도(reliability)향상을 증대시키는 중요한 요소이며, 변이관리 모델을 이용한 변이관리는 국내 건설산업의 새로운 방향을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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