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 that 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, PI controller gains of rotor position tracking controller have a variable structure according to the estimated rotor velocity. In order to boost the bandwidth of PI controller around zero speed, a loop recovery technique is applied to the control system. The proposed method only requires the flux linkage of permanent magnet and is insensitive to the parameter estimation error and variation. The designers can easily determine the possible operating range with a desired bandwidth and perform the vector control even at low speeds. The experimental results show the satisfactory operation of the proposed sensorless algorithm under rated load conditions.
This paper proposes a new start-up method for a load commutated inverter (LCI) in a large synchronous gas-turbine generator. The initial rotor position for start-up torque is detected by the proposed initial angle detector, which consists of an integrator and a phase-locked loop. The initial rotor position is accurately detected within 150ms, and the angle difference between the real position and the detected position is less than 1%. The LCI system operates in two modes (forced commutation mode and natural commutation mode) according to operating speed range. The proposed controllers include a forced commutation controller for the low-speed range, a PI speed controller and a PI current controller, where the forced commutation controller is connected to the current controller in parallel. The current controller is modeled by Matlab/Simulink, where a six-pulse delay of the thyristor and a processing delay are considered by using a zero-order hold. The performance of the proposed start-up method is evaluated in Matlab/Psim at standstill and at low speed. To verify the feasibility of the method, a 5kVA LCI system prototype is implemented, and the proposed initial angle detector and the system performance are confirmed by experimental results from standstill to 900rpm.
This paper presents the design of a proportional-integral (PI)-proportional-derivative (PD) position controller without using a speed controller in motor drive systems. Unlike the existing PI-PD position controller design methods, the proposed controller is designed by reducing the entire position control system to a second-order transfer function. Thus, the gain values for the PI-PD position controller can be determined easily by a given bandwidth of the position controller. The PI-PD position controller designed by the proposed method is adopted for position control in an interior permanent magnet synchronous motor drive system to confirm the validity of the proposed design method. The effectiveness of the proposed design method is confirmed through experiments.
This paper proposes a robust optimal nonlinear control with an observer to reject the offset errors of position tracking for surface mounted permanent magnet synchronous motors. We provide the control method to reject offset errors and load torque for designing field oriented control (FOC) based the alternating current (AC) frame. The proposed method consists of a torque generator, a commutation scheme, an electrical controller, and a load torque observer. The mechanical controller is designed to compensate for load torque and the offset error and generate the desired torque. The commutation scheme is proposed to create the desired currents for the desired torque. The electrical controller is developed to guarantee the desired currents. The observer is designed to estimate both the velocity and the load torque. In order to obtain the robustness to parameter uncertainties and a gain tuning guide, the linear quadratic regulator method is applied to the proposed method. The closed-loop stability is proven. A detailed process for the FOC design and an analysis of the control methods based on the AC frame are presented. The performance of the proposed method was validated via experiments. The proposed method obtains the FOC based on the AC frame. Furthermore, the position tracking performance of the proposed method is superior to that of the conventional method.
In this study, a novel rotor position sensorless estimation method of an interior permanent-magnet synchronous motor is proposed. A square-wave pulsating voltage signal is injected in the estimated synchronous reference frame. This signal is interpreted in the stationary reference frame regardless of the estimated rotor position. Thus, assuming that the position error is nearly zero is unnecessary because the variables in the estimated synchronous reference frame are not used. The rotor position can be exactly calculated from two voltage references and three sampled current feedbacks in the stationary reference frame. The proposed method is easy to implement and helps enhance the bandwidth of the current controller. The validity of the proposed method is verified by simulations and experiments.
The computer simulation of speed and phase control system has been carried out in this study. The load of permanent magnet type synchronous motor is not constant in this system. The cost function method has been used in obtaining the optimal gain of PI controller and the rotor position angle of phase controller has been compensated depending on the load and speed variation. This analysis also shows that the current of d-axis component is zero under the variable a load conditions and the torque per unit current can be maximized.
Recently, a permanent magnet synchronous motor of middle and small-capacity has high torque, high precision control and acceleration / deceleration characteristics. But existing control has several problems that include unpredictable disturbances and parameter changes in the high accuracy and rigidity control industry or nonlinear dynamic characteristics not considered in the driving part. In addition, in the drive method for the control of low-vibration and high-precision, the process of connecting the permanent magnet synchronous motor and the load may cause the response characteristic of the system to become very unstable, to cause vibration, and to overload the system. In order to solve these problems, various studies such as adaptive control, optimal control, robust control and artificial neural network have been actively conducted. In this paper, an incremental encoder of the permanent magnet synchronous motor is used to detect the position of the rotor. And the position of the detected rotor is used for low vibration and high precision position control. As the controller, we propose augmented state feedback control with a speed observer and first order deadbeat disturbance observer. The augmented state feedback controller performs control that the position of the rotor reaches the reference position quickly and precisely. The addition of the speed observer to this augmented state feedback controller compensates for the drop in speed response characteristics by using the previously calculated speed value for the control. The first order deadbeat disturbance observer performs control to reduce the vibration of the motor by compensating for the vibrating component or disturbance that the mechanism has. Since the deadbeat disturbance observer has a characteristic of being vulnerable to noise, it is supplemented by moving average filter method to reduce the influence of the noise. Thus, the new controller with the first order deadbeat disturbance observer can perform more robustness and precise the position control for the influence of large inertial load and natural frequency. The simulation stability and efficiency has been obtained through C language and Matlab Simulink. In addition, the experiment of actual 2.5[kW] permanent magnet synchronous motor was verified.
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.
In this paper, an intelligent sliding-mode position controller (ISMC) for achieving favorable decoupling control and high precision position tracking performance of permanent-magnet synchronous motor (PMSM) servo drives is proposed. The intelligent position controller consists of a sliding-mode position controller (SMC) in the position feed-back loop in addition to an on-line trained fuzzy-neural-network model-following controller (FNNMFC) in the feedforward loop. The intelligent position controller combines the merits of the SMC with robust characteristics and the FNNMFC with on-line learning ability for periodic command tracking of a PMSM servo drive. The theoretical analyses of the sliding-mode position controller are described with a second order switching surface (PID) which is insensitive to parameter uncertainties and external load disturbances. To realize high dynamic performance in disturbance rejection and tracking characteristics, an on-line trained FNNMFC is proposed. The connective weights and membership functions of the FNNMFC are trained on-line according to the model-following error between the outputs of the reference model and the PMSM servo drive system. The FNNMFC generates an adaptive control signal which is added to the SMC output to attain robust model-following characteristics under different operating conditions regardless of parameter uncertainties and load disturbances. A computer simulation is developed to demonstrate the effectiveness of the proposed intelligent sliding mode position controller. The results confirm that the proposed ISMC grants robust performance and precise response to the reference model regardless of load disturbances and PMSM parameter uncertainties.
A PID-feedforward controller and Robust Internal-loop Compensator (RIC) based on reinforcement learning using random variable sequences are provided to auto-tune parameters for each controller in the high-precision position control of PMLSM (Permanent Magnet Linear Synchronous Motor). Experiments prove the well-tuned controller could be reduced up to one-fifth level of tracking errors before learning by reinforcement learning. The RIC compared to the PID-feedforward controller showed approximately twice the performance in reducing tracking error and disturbance rejection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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