A direct stator flux vector control scheme in discrete-time domain is proposed in this paper for the interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drive to remove the proportional-integral (PI) controller from the direct torque control (DTC) scheme applied to IPMSM and to obtain faster dynamic response and lower torque ripple output. The output of speed outer loop is used as the desired torque angle instead of the desired torque in the proposed scheme. The desired stator flux vector in dq coordinate is calculated with a given amplitude. The state-space equations in discrete-time for IPMSM are established, the actual stator flux vector is estimated in deadbeat manner by a full-order state observer, and then the closed-loop control is achieved by the pole placement. The stator flux error vector is utilized to calculate the reference stator voltage vector. Extracting the angle position and amplitude from the estimated stator flux vector and estimating the output torque are eliminated for the direct feedback control of the stator flux vector. The proposed scheme is comparatively investigated with a PI-SVM DTC scheme by experiment results. Experimental results show the feasibility and advantages of the proposed control scheme.
This paper presents a high-performance control system for Reluctance Synchronous Motor (RSM) drives with direct torque control (DTC). The system consist of stator flux observer, rotor position/speed estimator, torque estimator, two hysteresis band controllers, an optimal switching look-up table, IGBT voltage source inverter, and F240/C31DSP controller by using fully integrated control software. The stator flux observer is based on the combined voltage and current model with stator flux feedback adaptive control that inputs are current and voltage sensing of motor terminal with estimated rotor angle for wide speed range. The rotor position is estimated by the observed stator flux-linkage space vector. The estimated rotor speed can be determinated by differentiation of the rotor position used only in the current model part of the flux observer for a low speed operating area. To prove the suggested control algorithm, we have a simulation and testing at actual experimental system. The developed digitally high-performance position sensorless control system are shown a good motion control response characteristic results and high performance features using 1.0Kw RSM.
Kim, Min-Huei;Kim, Nam-Hun;Baik, Won-Sik;Kim, Dong-Hee
Proceedings of the KIEE Conference
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2001.10a
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pp.161-164
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2001
This paper presents a digital speed sensorless control system for Reluctance Synchronous Motor (RSM) drives with direct torque control (DTC). The system consist of stator flux observer, rotor speed estimator, torque estimator two hysteresis band controllers, an optimal switching look-up table. IGBT voltage source inverter, and TMS320C31DSP controller by using fully integrated control software. The stator flux observer is based on the combined voltage and current model with stator flux feedback adaptive control that inputs are current and voltage sensing of motor terminal with estimated rotor angle for wide speed range. The rotor speed is estimated by the observed stator flux-linkage space vector. The estimated rotor speed can be determinated by differentiation of the rotor position used only in the current model part of the flux observer for a low speed operating area. In order to prove the suggested speed sensorless control algorithm. There are some simulation and testing at actual experimental system. The developed digitally high- performance speed sensorless control system are shown a good speed control response characteristic results and high Performance features using 1.0Kw RSM.
This paper investigates an improved stator flux linkage observer for sensorless permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives using a voltage-based flux linkage model and an adaptive sliding mode variable structure. We propose a new observer design that employs an improved sliding mode reaching law to achieve better estimation accuracy. The design includes two models and two adaptive estimating laws, and we illustrate that the design is stable using the Popov hyper-stability theory. Simulation and experimental results demonstrate that the proposed estimator accurately calculates the speed, the stator flux linkage, and the resistance while overcoming the shortcomings of traditional estimators.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.5
no.6
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pp.601-609
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2000
Direct torque control(DTC) of AC motor has the fast torque and flux dynamic responses even though it has very simple scheme to implement. However, DTC do not show good performance at low speed range with conventional open loop stator flux observer when stator resistance varied. Therefore, authors propose a new nonlinear stator flux observer in order to estimate the stator flux of induction motor at low speed and show its simulation results.
Kim Min-Huei;Kim Nam-Hun;Choi Kyeong-Ho;Kim Dong-Hee;Hwang Dong-Ha
Proceedings of the KIPE Conference
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2001.10a
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pp.355-359
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2001
This paper presents an implementation of digital control system of speed sensorless for Reluctance Synchronous Motor (RSM) drives with DTC. The control system consists of stator flux observer, rotor position/speed/torque estimator, two hysteresis band controllers, an optimal switching look-up table, IGBT voltage source inverter, and TMS320C31 DSP controller by using fully integrated control software. The stator flux observer is based on the combined voltage and current model with stator flux feedback adaptive control that inputs are current and voltage sensing of motor terminal with estimated rotor angle for wide speed range. The rotor position is estimated by observed stator flux-linkage space vector. The estimated rotor speed is determined by differentiation of the rotor position used only in the current model part of the flux observer for a low speed operating area. It does not require the knowledge of any motor parameters, nor particular care for motor starting, In order to prove the suggested control algorithm, we have a simulation and testing at actual experimental system. The developed sensorless control system is shown a good speed control response characteristic results and high performance features in 50/1000 rpm with 1.0Kw RSM having 2.57 ratio of d/q reluctance.
This paper proposes a new speed sensorless direct torque and flux controlled interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drive. Closed-loop control of both the torque and stator flux linkage are achieved by using two proportional-integral (PI) controllers. The reference voltage vectors are generated by a SVM unit. The drive uses an adaptive sliding mode observer for joint stator flux and rotor speed estimation. Global asymptotic stability of the observer is achieved via Lyapunov analysis. At low speeds, the observer is combined with the high frequency signal injection technique for stable operation down to standstill. Hence, the sensorless drive is capable of exhibiting high dynamic and steady-state performances over a wide speed range. The operating range of the direct torque and flux controlled (DTFC) drive is extended into the high speed region by incorporating field weakening. Experimental results confirm the effectiveness of the proposed method.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.4
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pp.414-427
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2006
This paper presents an adaptive feedback linearization control scheme for induction motors with simultaneous variation of rotor and stator resistances. Two typical modeling techniques, rotor flux model and stator flux model, have been developed and successfully applied to the controller design and adaptive observer design, respectively. By using stator fluxes as states, over-parametrization in adaptive control can be prevented and control strategy can be developed without the need of nonlinear transformation. It also decrease the relative degree for the flux modulus by one, thereby, yielding, a simple control algorithm. However, when this method is used for flux observer, it cannot guarantee the convergence of flux. Similarly, the rotor flux model may be appropriate for observers, but it is not so for adaptive controllers. In addition, if these two existing methods are merged into overall adaptive control system, it brings about structural complexies. In this paper, we did not use these two modeling methods, and opted for the airgap flux model which takes on only the positive aspects of the existing rotor flux model and stator flux model and prevents structural complexity from occuring. Through theoretical analysis by using Lyapunov's direct method, simulations, and actual experiments, it is shown that stator and rotor resistances converge to their actual values, flux is well estimated, and torque and flux are controlled independently with the measurements of rotor speed, stator currents, and stator voltages. These results were achieved under the persistent excitation condition, which is shown to hold in the simulation.
A novel inverter fault-tolerant control scheme is proposed to drive brushless DC motor. A fault-tolerant inverter and its three fault-tolerant schemes (i.e., phase A fault-tolerant, phase B fault-tolerant, and phase C fault-tolerant) are analyzed. Eight voltage vectors are summarized and a voltage vector selection table is used in the control scheme to improve the midpoint current of the split capacitors. A stator flux observer is proposed. The observer can improve flux estimation, which does not require any speed adaptation mechanism and is immune to speed estimation error. Global stability of the flux observer is guaranteed by the Lyapunov stability analysis. A novel stator resistance estimator is incorporated into the sensorless drive to compensate for the effects of stator resistance variation. DC offset effects are mitigated by introducing an integral component in the observer gains. Finally, a control system based on the control scheme is established. Simulation and experiment results show that the method is correct and feasible.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.7
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pp.399-405
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2002
This paper presents an implementation of digital high-performance Position sensorless motion control system of an induction motor drives with Direct Torque Control(DTC). The system consist of closed loop stator flux and torque observer, speed and torque estimators, two hysteresis controller, optimal switching look-up table, IGBT voltage source inverter, and TMS320C31 DSP board. The stator flux observer is based on the combined current and voltage model with stator flux feedback adaptive control of which inputs are current and voltage sensed on motor terminal for wide speed range. The speed observer is using the model reference adaptive system(MRAS) with rotor flux linkages for speed turning signal. The simulation and experimental results are provided to evacuate the consistency and the performance of the suggested position sensorless control algorithm. The developed position sensorless system are shown a good motion control response characteristic and high performance features using 2.2[kw] general purposed induction motor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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