This paper deals with the robust speed regulation of a surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) that is subject to parametric uncertainties and external disturbances. The proposed approach retains a conventional cascade control configuration composed of an outer-loop speed control module and inner-loop current control modules. Baseline proportional-integral (PI) controllers are designed for nominal modular systems without accounting for the uncertainties to set a desired control performance of the closed-loop system. After studied in both frequency and time domains, a reduced-order proportional-integral observer (PIO), as a modular disturbance observer, is incorporated with each control module to maintain the ideal performance of the modules. Theoretical analysis confirms the desired performance recovery of the augmented system with modular PIOs to the nominal system. Comparative computer simulations and experimental results validate the proposed cascade control method for SPMSM speed regulation.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.8
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pp.1405-1411
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2007
In this paper, a new speed sensorless control based on a fuzzy compensator are proposed for the interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives. The conventional proportional plus integrate(PI) control are very sensitive to step change of the command speed, parameter variations and load disturbance. To cope with these problems of the PI control, the estimated speeds are compensated by using the fuzzy logic controller (FLC). In the FLC used by the speed compensator of the IPMSM, the system control parameters are adjusted by the fuzzy rule based system, which is a logical model of the human behavior for process control. The effectiveness of algorithm is confirmed by the experiments.
Kim, Cheon-Kyu;Kim, Young-Jo;Lee, Eul-Jae;Choi, Jung-Soo;Kim, Young-Seok
Proceedings of the KIEE Conference
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2007.07a
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pp.1114-1115
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2007
In this paper, a new speed sensorless control based on a fuzzy compensator are proposed for the interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives. The conventional proportional plus integrate(PI) control are very sensitive to step change of the command speed, parameter variations and load disturbance. To cope with these problems of the PI control, the estimated speeds are compensated by using the fuzzy logic controller (FLC). In the FLC used by the speed compensator of the IPMSM, the system control parameters are adjusted by the fuzzy rule based system, which is a logical model of the human behavior for process control. The effectiveness of algorithm is confirmed by the experiments.
In a field-oriented vector-controlled permanent magnet synchronous motor (PMSM) control system, the d-axis current control loop can offer a free degree of freedom which can be used to improve control performances. However, in the industry the desired d-axis current command is usually set as zero without using the free degree of freedom. This paper proposes a method to use the degree of freedom for control performance improvement. It is assumed that both the inner loop proportional-integral (PI) current controller and the q-axis outer loop PI speed controller are tuned by the well-known tuning rules. This paper gives an optimal d-axis reference current command generator such that some useful performance indexes are minimized and/or a tradeoff between conflicting performance criteria is made. This paper uses a differential evolution algorithm to autotune the parameter values of the optimal d-axis reference current command generator. This paper implements the proposed control system in real time on a Texas Instruments TMS320F28335 floating-point DSP. This paper also gives experimental results showing the practicality and feasibility of the proposed control system, along with simulation results.
An active front end (AFE) is required for a three-phase induction motor (IM) fed by a voltage source inverter (VSI), because of the increasing need to derive quality current from the utility end without sacrificing the power factor (PF). This study investigates a proportional-plus-integral (PI) controller based AFE topology that uses a super-lift converter (SLC). The significance of the proposed SLC, which converts rectified AC supply to geometrically proceed ripple-free DC supply, is explained. Variations in several power quality parameters in the intended IM drive for 0% and 100% loading conditions are demonstrated. A simulation is conducted by using MATLAB/Simulink software, and a prototype is built with a field programmable gate array (FPGA) Spartan-6 processor. Simulation results are correlated with the experimental results obtained from a 0.5 HP IM drive prototype with speed feedback and a voltage/frequency (V/f) control strategy. The proposed AFE topology using SLC is suitable for three-phase IM drives, considering the supply end PF, the DC-link voltage and current, the total harmonic distortion (THD) in supply current, and the speed response of IM.
A design of PI controller to be used to control the first-order lag plus dead time process, such as a flow process, by the coefficient diagram method (CDM) is investigated. The factor of the dead time of process is first approximated to be the first-order by the Pade approximation. The response of the flow control system designed by CDM satisfy both transient and steady state specifications. However, the transient response generally still has long rise time. In order to improve the speed of the system response, a feedforward controller (FFC) is added into the PI control system. The structure of the FFC is a phase lead structure with two designed parameters and one derivative time obtained from the reaction curve of the flow process ...
This paper presents a new velocity estimation strategy of a non-salient permanent magnet synchronous motor(PMSM) drive without high frequency signal injection or special PWM pattern. This approach is based on the d-axis current regulator output voltage of the drive system which has the information of rotor position error. The rotor velocity can be estimated through a rotor position tracking PI controller that controls the position error to zero. For zero and low speed operation, the PI gains of rotor position tracking controller have a variable structure. The PI tuning formulas are derived by analyzing this control system using the frequency domain specifications such as phase margin and bandwidth assignment.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.60
no.1
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pp.71-79
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2024
In compliance with environmental regulations at sea and the introduction of unmanned autonomous ships, electric propulsion ships are garnering significant attention. Induction machines used as propulsion electric motor (PEM) have maintenance advantages, but speed control is very complicated and difficult. One of the most commonly used techniques for speed control is DTC (direct torque control). DTC is simple in the reference frame transformation and the stator flux calculation. Meanwhile, two-level and three-level voltage source inverters (VSI) are predominantly used. The three-level VSI has more flexibility in voltage space vector selection compared to the two-level VSI. In this paper, speed is controlled using the DTC method based on the specifications of the PEM. The speed controller employs a PI controller with anti-windup functionality. In addition, the characteristics of the two-level VSI and three-level VSI are compared under identical conditions. It was confirmed through simulation that proper control of speed and torque has been achieved. In particular, the torque ripple was small and control was possible with a low DC voltage at low speed in the three-level VSI. The study confirmed that the application of DTC, using a three-level VSI, contributes to enhancing the system's response performance.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.11a
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pp.272-276
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1996
This study deals with the speed control of an overcentered variable-displacement hydraulic motor on a constant pressure network, which is noted for its high system efficiency fast dynamic response and energy recovery capability. The speed control characteristics of the conventional cascade PI controller are largely affected by load-torque disturbances. To obtain robust speed control despite torque disturbances, the load torque is estimated by an observer based on a mathematical model and compensated for by a feedforward loop. It is shown by experiment that robust speed control may be obtained with the proposed controller. The experimental data agree fairly well with the theoretical analysis.
It is not easy to control the speed of AC motors accurately without modeling with some parameters for the controlled system. However, there are some application parts which do not require high speed responses strictly and the motor parameters can not to be identified simply. In this paper, a speed control method for a synchronous motor(S.M) with unknown parameters of the motor is investigated. The method is based on the current control algorithm. Speed controller and current controller are designed using PI control law. Some experiments are performed using DSP and power expert system to prove the validity of the proposed method. Throughout experimental results, the method is confirmed successfully. This method is expected to control the system with unknown parameters of the S.M efficiently.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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