Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.3
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pp.258-264
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2009
This paper presents two control algorithms for the frequency and amplitude of the resonator of a micro sensor. One algorithm excites the resonator at its a priori unknown resonant frequency, and the other algorithm alters the resonator dynamics to place the resonant frequency at a fixed frequency, chosen by the designer. Both algorithms maintain a specified amplitude of oscillations. The control system behavior is analyzed using an averaging method, and a quantitative criterion is provided for the selecting the control gain to achieve stability. Tracking and estimation accuracy of the natural frequency under the presence of measurement noise is also analyzed. The proposed control algorithms are applied to the MEMS dual-mass gyroscope without mechanical connecting beam between two proof-masses. Simulation results show the effectiveness of the proposed control algorithms which guarantee the proof-masses of the gyroscope to move in opposite directions with the same resonant frequency and oscillation amplitude.
Sun, Qiang;Wei, Kexin;Gao, Chenghai;Wang, Shasha;Liang, Bin
Journal of Power Electronics
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v.16
no.3
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pp.1110-1121
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2016
The mathematical model of a three phase PWM converter under the stationary αβ reference frame is deduced and constructed based on a Proportional-Resonant (PR) regulator, which can replace trigonometric function calculation, Park transformation, real-time detection of a Phase Locked Loop and feed-forward decoupling with the proposed accurate calculation of the inductance voltage vector. To avoid the parallel resonance of the LCL topology, the active damping method of the proportional capacitor-current feedback is employed. As to current vector error elimination, an optimized PR controller of the inner current loop is proposed with the zero-pole matching (ZPM) and cancellation method to configure the regulator. The impacts on system's characteristics and stability margin caused by the PR controller and control parameter variations in the inner-current loop are analyzed, and the correlations among active damping feedback coefficient, sampling and transport delay, and system robustness have been established. An equivalent model of the inner current loop is studied via the pole-zero locus along with the pole placement method and frequency response characteristics. Then, the parameter values of the control system are chosen according to their decisive roles and performance indicators. Finally, simulation and experimental results obtained while adopting the proposed method illustrated its feasibility and effectiveness, and the inner current loop achieved zero static error tracking with a good dynamic response and steady-state performance.
Wireless power transfer (WPT) technology is now recognized as an efficient means of transferring power without physical contact. However, frequency detuning will greatly reduce the transmission power and efficiency of a WPT system. To overcome the difficulties associated with the traditional frequency-tracking methods, this paper proposes a Direct Phase Control (DPC) approach, based on the Second-Order Generalized Integrator Phase-Locked Loop (SOGI-PLL), to provide accurate frequency-tracking for WPT systems. The DPC determines the phase difference between the output voltage and current of the inverter in WPT systems, and the SOGI-PLL provides the phase of the resonant current for dynamically adjusting the output voltage frequency of the inverter. Further, the stability of this control method is analyzed using the linear system theory. The performance of the proposed frequency-tracking method is investigated under various operating conditions. Simulation and experimental results convincingly demonstrate that the proposed technique will track the quasi-resonant frequency automatically, and that the ZVS operation can be achieved.
This paper presents a cascaded coil flux control based on a Current Source Parallel Resonant Push-Pull Inverter (CSPRPI) for Induction Heating (IH) applications. The most important problems associated with current source parallel resonant inverters are start-up problems and the variable response of IH systems under load variations. This paper proposes a simple cascaded control method to increase an IH system's robustness to load variations. The proposed IH has been analyzed in both the steady state and the transient state. Based on this method, the resonant frequency is tracked using Phase Locked Loop (PLL) circuits using a Multiplier Phase Detector (MPD) to achieve ZVS under the transient condition. A laboratory prototype was built with an operating frequency of 57-59 kHz and a rated power of 300 W. Simulation and experimental results verify the validity of the proposed power control method and the PLL dynamics.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.52
no.1
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pp.33-38
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2003
This paper describes control principles of the piezoelectric ultrasonic motor which is operated by the ultrasonic vibration generated by the piezoelectric element. The piezoelectric ultrasonic motor has excellent characteristics such as compact size, noiseless motion, low speed, high torque and controllability, and has been recently applied for the practical utilization in industrial, consumer, medical and automotive fields. In this paper, the design of two-phase push-pull inverter for driving the piezoelectric ultrasonic motor is described, and a new control method of automatic resonant frequency tracking using PLL(Phase-Locked Loop) technique is mainly presented. the experimental results by this inverter system for driving the piezoelectric ultrasonic motor are illustrated herein. The inverter system with PLL technique improved the speed stability of the piezoelectric ultrasonic motor.
Small distributed generation units are usually connected to the main electric grid through single-phase voltage source inverters. Grid operating conditions such as voltage and frequency are not constant and can fluctuate within the range values established by international standards. Furthermore, the requirements in terms of power factor correction, total harmonic distortion, and reliability are getting tighter day by day. As a result, the implementation of reliable and efficient control algorithms, which are able to adjust their control parameters in response to changeable grid operating conditions, is essential. This paper investigates the configuration topology and control algorithm of a single-phase inverter with the purpose of achieving high performance in terms of efficiency as well as total harmonic distortion of the output current. Accordingly, a Second Order Generalized Integrator with a suitable Phase Locked Loop (SOGI-PLL) is the basis of the proposed current and voltage regulation. Some practical issues related to the control algorithm are addressed, and a solution for the control architecture is proposed, based on resonant controllers that are continuously tuned on the basis of the actual grid frequency. Further, intentional islanding operation is investigated and a possible procedure for switching from grid-tied to islanding operation and vice-versa is proposed.
Flexibility in the power control of ultrasonic transducers has remained a challenge for cleaning applications. This paper introduces a modification of the existing piezoelectric ceramic transducer (PCT) circuit to increase the range of operation through its impedance characteristics. The output power is controlled using the asymmetrical voltage-cancellation (AVC) method. Together with a phase-locked loop control, the switching frequency of the inverter is automatically adjusted to maintain a lagging phase angle under load-parameter variations during the cleaning process. With the proposed modification, the region of the zero-voltage switching (ZVS) operation is extended, which results in a wider range of output power control. A hardware prototype is constructed and the control algorithm is implemented using an STM32F4 microcontroller. Simulation and experimental results are provided to verify the proposed method for a 50-W PCT. The operating frequency and output power ranges under study are 37 - 41 kHz and 15.8 - 50 W, respectively.
This paper presents an effective control scheme incorporated in the voltage-fed half-bridge series resonant inverter for induction heating applications, which is based upon a load-adaptive tuned frequency tracking control strategy using PLL(Phase Locked Loop) and its peripheral control circuit. The proposed control strategy ensures a stable operation characteristics of overall inverter system and ZVS(Zero Voltage Switching0 operation in spite of sensitive load parameters variation as well as power regulation, specially in the non-magnetic heating loads. The simulation results and the performance characteristics in the steady-state are shown as compared with the experimental results for a prototype induction cooking system rated at 1.2kW.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.48
no.8
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pp.417-425
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1999
This paper presents an effective control scheme with the voltage-fed half-bridge series resonant inverter for induction heating system, which is based upon a load-adaptive tuned frequency tracking control strategy using PLL(Phase Locked Loop) and its peripheral control circuits. The proposed control strategy ensures a stable operation characteristics of overall inverter system and ZVS(Zero Voltage Switching) irrespective of sensitive load parameter variations, specially in the non-magnetic materials as well as power regulation. The detail operation principle and the characteristics of inverter system with the proposed control scheme are described and its validity is verified by the simulation and the experimental results for a prototype induction cooking system rated at 1.2kW.
Park, Ah-Ryeon;Kim, Do-Hyun;Kim, Kyeong-Tae;Han, Byung-Moon;Lee, Jun-Young
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.12
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pp.1848-1856
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2012
This paper proposes a new grid-tied power conditioning system for battery energy storage, which is composed of a 2-stage DC-DC converter and a PWM inverter. The 2-stage DC-DC converter is composed of an LLC resonant converter connected in cascade with a 2-quadrant hybrid-switching chopper. The LLC resonant converter operates in constant duty ratio, while the 2-quadrant hybrid-switching chopper operates in variable duty ratio for voltage regulation. The operation of proposed system was verified through theoretical analysis and computer simulations. Based on computer simulations, a hardware prototype was built and tested to confirm the technical feasibility of proposed system. The proposed system could have relatively higher efficiency and smaller size than the existing system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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