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.
A loss minimizing controller is developed for a fuel cell electric vehicle (FCEV) permanent magnet synchronous motor (PMSM). The PMSM losses are modeled by some experimental equations. Applying Lagrangian to the loss function, a necessary condition for the optimality appears to be a fourth order polynomial, and the loss minimizing solutions are obtained by a simple numerical approach. On the other hand, the loss minimizing solutions are found by scanning the motor loss in the entire operating region. The two results agree well. The loss minimizing current sets for given torque and speed are made into a table, which is utilized as a look-up in the current control loop.
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 LMI parameterization to calculate the gain matrices of the controller is 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 and load torque variations. Finally, it is clearly verified that the proposed control method can be used to accurately control the speed of a permanent magnet synchronous motor.
본 논문에서는 외전형 영구자석 동기전동기(Outer rotor Permanent Magnet Synchronous Motor)의 회전자 형상에 따른 토크특성을 비교하였다. 표면부착형 영구자석(SPM) 형태의 FAN용 PMSM을 설계하고 이 모델을 기준으로 동일한 외경사이즈를 갖지만 더 높은 토크 밀도를 갖는 4가지 매입형 영구자석(IPM) 형태의 PMSM을 제시한다. Finite Element Analysis(FEM)을 통하여 각 모델의 특성을 해석하고 자석 사용량과 토크를 비교 및 분석하였다.
In this paper, the influence of inverter switching harmonics on iron loss and PM loss of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is numerically investigated by Finite Element Method (FEM). In particular, nonlinear FEM is applied for a multi-layered PM Synchronous Motors (PMSMs), Interior buried PMSM (IPMSM) and PM assisted Synchronous Reluctance Motor (PMa-SynRM), which are adoptively designed and compared for Electric Vehicle (EV) propulsion. In particular, iron loss and PM eddy-current loss under the real current waveform including the carrier harmonics from inverter switching are numerically analyzed with nonlinear FEM by considering the skewed stator structure employed for minimizing spatial harmonics.
This paper proposes an optimal design method for the shape optimization of the permanent magnets (PM) of an in-wheel permanent magnet synchronous motor (PMSM) to reduce the cogging torque considering a total harmonic distortion (THD) and a root mean square (RMS) value of back-EMF. In this method, the Kriging model based on a design of experiment (DOE) is applied to interpolate the objective function in the spaces of design parameters. The optimal design method for the PM of an in-wheel PMSM has to consider multi-variable and multi-objective functions. The developed design method is applied to the optimization for the PM of an in-wheel PMSM.
Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) has merits in both simple electrical controllability of dc motor and mechanical reliability of ac motor by applying vector control. The vector control method orients the armature current phasor to be perpendicular to the permenant magnet rotor flux in a two-axis coordinate frame, and provides control characteristics that are similar to those of separately excited dc motors. This paper presents a simple model following scheme for position control of PMSM fed by hysteresis current-controlled PWM inverter. The simulation results show the validity of the proposed control method.
This paper proposes a new adaptive speed controller to achieve a robust speed control of a permanent magnet synchronous motor(PMSM). The proposed adaptive regulator does not require any information on the motor parameter and load torque values, so it is very insensitive to model parameter and load torque variations. Also, the stability of the proposed adaptive control system is proven. To validate the robustness of the proposed adaptive speed controller, both simulation and experimental results are provided under motor parameter and load torque variations. It is clearly demonstrated that the proposed adaptive regulator can accurately control the speed of permanent magnet synchronous motors.
This paper presents estimation of d-axis and q-axis inductance of an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) by using an extended Kalman filter (EKF). The EKF is widely used for control applications including the motor sensorless control and parameter estimation. The motor parameters can be changed by temperature and air-gap flux. In particular, the variation of the inductance affects torque characteristics like the maximum torque per ampere (MTPA) control. Therefore, by estimating the parameters, it is possible to improve the torque characteristics of the motor. The performance of the proposed estimator is verified by simulations and experimental results based on an 11kW PMSM drive system.
This paper deals with the analysis, design and implementation of an AC-DC Zeta converter in discontinuous current mode (DCM) of operation used for power quality improvement at AC mains in direct torque controlled (DTC) permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives. The designed Zeta converter feeds a direct torque controlled PMSM drive system. Modeling and simulation is carried out in a standard PSIM software environment. Test results are obtained on the developed prototype Zeta converter using DSP ADMC401. The results obtained demonstrate the effectiveness of the Zeta converter in improving power quality at AC mains in the PMSM drive system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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