본 논문에서는 표면부착형 영구자석 동기전동기(SPMSM)를 위한 센서리스 제어방법을 실험을 통해 검증하고자 한다. 동기전동기의 벡터제어를 위하여 엔코더나 레졸버를 이용하면 비용이 증가할 뿐만 아니라 유지 보수가 필요하기 때문에 동기전동기의 센서리스 모터제어 기법이 요구되고 있다. 또한, 동기전동기의 센서리스 모터 제어를 위해서는 정확한 회전자의 위치와 속도가 필요하므로 본 논문에서는 영구자석 동기전동기의 수학적 모델을 통하여 위치와 속도를 추정한다. 회전 중 발생하는 역기전력을 통해 추정 위치 오차를 얻으며, 추정 오차가 0이 되도록 추정기를 구성하여 이를 실험을 통해 검증하였다.
본 논문은 단일 인버터를 이용하여 두 개의 표면부착형 영구 자석 동기 전동기를 위치, 속도 센서 없이 구동하는 방법을 소개한다. 기존에 두 개의 동기전동기를 병렬 구동하기 위해서는 위치센서를 반드시 필요로 하였다. 때문에 가격을 절감할 수 있다는 단일 인버터를 이용한 병렬 전동기 구동 시스템의 장점이 퇴색되었다. 본 논문에서는 단일 인버터를 이용한 병렬 전동기 구동 시스템의 센서리스 구동을 위한 새로운 구동 방법 및 제어 전략을 소개하고 실험을 통해 이를 검증하였다.
This pap4er analyzes resonance characteristics of a slave motor that is not controlled by load and parameter differences between Dual motors during parallel operation in middle-low speed. Dual SPMSMs(Surface mounted Permanent Magnet Synchronous Motor) connected in parallel to a single inverter controlled by the master and slave control in this paper. Based on the stability analysis of the SPMSM for a variation of torque angle, the 6th nonlinear state equation of the torque angle variation in the SIMM(Single Inverter Multi Motor) structure is derived according to a mathematical model for the dual motors. In general, an analysis of the 6th order nonlinear state equation is complex. Therefore, a resonance frequency generated from the slave motor is found from the characteristic equation of the 2nd order system obtained by linearization and model reduction near steady state operation point. Through simulations and experiments, it is confirmed that the stability analysis of the SPMSMs and state equation models are useful for the variation of the torque angle analyzed in this paper.
This paper presents a vector control implementation for SPMSM(Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor) using dSPACE 1104 system and MATLAB/SIMULINK. SPMSM can be treated as a DC motor provided that currents of flux and torque component are controlled independently using vector control. Therefore various control algorithms for conventional DC motor control can be adopted to SPMSM. The system is designed to improve set-point tracking capability, fast response, and accuracy. In This paper, d-q equivalent modeling of PMSM is derived based on vector control theory. The PI controller is used for speed control and state feedback PI current control method is used for current control. For the implementation of high performance vector control system, dSPACE 1104 system is used. Simulations and experiments were carried out to examine validity of the proposed vector control implementation.
This paper presents the speed control of the surface-mounted permanent-magnet synchronous motors (SMPMSM) for the elevator drive. The elevator motor needs to be a compact and slim type. Essentially, the proposed scheme uses a vector control algorithm for a speed and torque control. This system is implemented using a high speed 32-bit DSP (TMS320C31-50), a high-integrated logic device FPGA (EPF10K10-Tl144-3) to design compactly and Inexpensively The proposed scheme is verified through digital simulation and experiments for a three-phase 13.3kW SMPMSM as a MRL(MachineRoomless) elevator motor ill the laboratory. Finally, experiment of the test tower was performed with a 48kW PWM converter-inverter system for a high- speed elevator .
Sensorless electric superchargers have recently been actively developed to provide a large amount of oxygen to engines in order assist the combustion process for miniaturizing the engines and improving fuel efficiency. The model-based sensorless method for surface-mounted permanent magnet synchronous motors has a disadvantage in that the system may become unstable due to parameter variations in low-speed operation and the rapid-acceleration section. An electric supercharger requires fast response to improve the engine response delay, such as the turbocharger turbo-rack. Therefore, the responsiveness must be improved to use the model-based sensorless system. The position compensation algorithm designed in this study is controlled by converting the position error into the beta, which is the angle formed by the d-axis and the stator current during sudden speed change. In this study, we improved the response of the model-based sensorless system through the algorithm and verified the algorithm validity by applying the algorithm to an actual dual-motor supercharger.
Kang, Taesu;Kim, Min-Seok;Lee, Sa Young;Kim, Young Chol
Journal of Power Electronics
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제17권2호
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pp.442-452
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2017
This paper deals with the input-output modeling of a vector controlled PMSM drive system and design of a simple multiple model adaptive control (MMAC) scheme with desired transient responses. We present a discrete-time modeling technique using closed-loop identification that can experimentally identify the equivalent models in the d-q coordinates. A bank of linear models for the equivalent plant of the current loop is first obtained by identifying them at several operating points of the current to account for nonlinearity. Based on these models, we suggest a simple q-axis MMAC combined with a fixed d-axis controller. After the current controller is designed, another equivalent model including the current controller in the speed control loop shall be similarly obtained, and then a fixed speed controller is synthesized. The proposed approach is demonstrated by experiments. The experimental set up consists of a surface mounted PMSM (5 KW, 220V, 8 poles) equipped with a flywheel load of 220kg and a digital controller using DSP (TMS320F28335).
In order to further improve the steady-state control performance of model predictive torque control (MPTC), a double-vector-based model predictive torque control without a weighting factor is proposed in this paper. The extended voltage vectors synthesized by two basic voltage vectors are used to increase the number of feasible voltage vectors. Therefore, the control precision of the torque and the stator flux along with the steady-state performance can be improved. To avoid testing all of the feasible voltage vectors, the solution of deadbeat torque control is calculated to predict the reference voltage vector. Thus, the candidate voltage vectors, which need to be evaluated by a cost function, can be reduced based on the sector position of the predicted reference voltage vector. Furthermore, a cost function, which only includes a reference voltage tracking error, is designed to eliminate the weighting factor. Moreover, two voltage vectors are applied during one control period, and their durations are calculated based on the principle of reference voltage tracking error minimization. Finally, the proposed method is tested by simulations and experiments.
This paper deals with the temperature calculation using equivalent thermal network for surface mounted permanent magnet synchronous motor(SPMSM) under the steady-state condition. In the equivalent thermal network, heat sources are generated from copper loss and iron loss. Heat transfer consists of conduction, convection and radiation. However, radiation is neglected in this paper because its effect is much smaller than others. Although the heat transfer coefficient in conduction use material property, heat transfer coefficient in convection is difficult to measure due to the atmosphere and ambient condition. Temperatures of each region in SPMSM are measured by thermocouple in operating condition and the thermal resistances of convection are calculated by kirchhoff's current law(KCL) and experimental result. In order to verify the validation and reliability of the proposed equivalent thermal network, temperature which is calculated other load condition is compared with experimental results. Accordingly, temperatures of each region in other SPMSMs will be easily predicted by the proposed equivalent thermal network.
본 논문은 MATLAB/SIMULINK와 dSPACE 1104 시스템을 사용하여 표면부착형 영구자석 동기전동기 벡터제어를 구현하였다. 영구자석 동기전동기는 고정자 전류를 자속발생 전류성분과 토크발생 전류성분으로 분리하고 이를 각각 독립적으로 제어함으로써 타여자 직류전동기처럼 다루는 것이 가능하기 때문에 기존의 직류전동기 제어에 사용되던 각종 제어 알고리즘을 적용하는 것이 가능하게 된다. 본 연구에서는 표면 부착형 영구자석 동기 전동기의 벡터제어를 구현하기 위하여, 먼저 MATLAB/SIMULINK 프로그램으로 영구자석 동기 전동기를 모델링하고 속도제어 부에는 비례-적분 제어기를, 전류제어 부에는 비간섭 비례-적분 제어기를 설계하여 제어기의 응답을 미리 확인하였다. 그리고 설계된 제어기의 성능을 입증하기 위하여 dSPACE DS1104 R&D Board에 시뮬레이션을 통해 구현된 영구자석 동기전동기 벡터 제어 프로그램을 다운로드하여 실험을 통해 제안된 벡터제어 시스템의 타당성을 입증하였다
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[게시일 2004년 10월 1일]
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