This paper mainly proposes a direct torque control strategy to minimize torque ripple in brushless DC (BLDC) motor. BLDC motor has large current and torque ripple when one voltage vector applied in one cycle due to its low inductance. Hence, this paper proposed a hysteresis torque control with PWM mode to control the resultant torque. Moreover, when the direct torque control system is operating during the two-phase half-bridge $120^{\circ}$ conduction mode, large torque ripple in commutation area appears every 120 electrical degree. Based on analyzing the root of torque ripple in detail, lookup tables of switching devices states for new half-bridge modulation mode in the positive and negative reference torque put forwarded. Finally, simulations by MATLAB software and experiment results from DSP are presented to verify the feasibility and effectiveness of the proposed strategy operating in four-quadrant operation.
Dowlatshahi, Milad;Saghaiannejad, Seyed Morteza;Ahn, Jin-Woo;Moallem, Mehdi
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제9권2호
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pp.478-488
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2014
Torque pulsation mechanism and highly nonlinear magnetic characterization of switched reluctance motors(SRM) lead to unfavorable torque ripple and limit the variety of applications in industry. In this paper, a modification method proposed for torque ripple minimization of SRM based on conventional torque sharing functions(TSF) to improve maximum speed of torque ripple-free operation considering converter limitations. Due to increasing phase inductance in outgoing phase during the commutation region, reference current tracking can be deteriorated especially when the speed increased. Moreover, phase torque production in incoming phase may not be reached to the reference value near the turn-on angle in which the incremental inductance would be dramatically decreased. Torque error for outgoing phase can cause increasing the resultant motor torque while it would be negative for incoming phase and yields reducing the motor torque. In this paper, a modification method is proposed in which phase torque tracking error for each phase under the commutation added to the other phase so that the resultant torque remained in constant level. This yields to extend constant torque region and reduce peak phase current when the speed increased. Simulation and experimental results for four phase 4 KW, 8/6 SRM validate the effectiveness of the proposed scheme.
This paper discusses study of torque ripple minimization employing an improved TDF(torque distribution function)-based instantaneous torque control to reduce acoustic noise and vibration problem of the SRM. As the flux linkage of the SRM is a nonlinear function of phase current and rotor position, design of optimal controller for the SRM is quite complicated. Hence, an accurate mathematical model considering the nonlinearity of the SRM is required. An improved TDF based torque control has been proposed in order to reduce the toque ripple at high speed operation. Dynamic simulation using Matlab/Simulink as well as Finite Element Analysis is presented. A prototype SRM for electric vehicle traction has been manufactured to validate the experimental results comparing the dynamic simulation results.
This paper presents an advanced torque ripple minimization method of a switched reluctance motor (SRM) using torque sharing function (TSF). Generally, TSF is applied into the torque control. However, the conventional TSF cannot follow the expected torque well because of the nonlinear characteristics of the SRM. Moreover, the tail current that is generated at a high speed motor drive makes unexpected torque ripples. The proposed method combined TSF with fuzzy logic control (FLC). The advantage of this method is that the torque can be controlled unity at any conditions. In addition, the controller can track the torque under the condition of the wrong TSF. The effectiveness of the proposed algorithm is verified by the simulations and experiments.
This paper presents a numerical optimization technique to reduce input current and torque ripple of the low voltage BLDC motor using core, coil and switching angle optimization. The optimization technique is employed using the generalized response surface method(RSM) and sampling minimization technique with FEM. A 50W 24V BLDC motor is used to verify the proposed algorithm. As optimizing results, the input current is reduced from 2.46 to 2.11[A], and the input power is reduced from 59 [W] to 51 [W] at the speed of 1000 [rpm]. Also, applied the same optimization algorithm, the torque ripple is reduced about 7.4 %. It is confirmed that the proposed technique is a reasonably useful tool to reduce the consuming current and torque ripple of the low voltage BLDC motor for a compact and efficient design.
In Conventional Combined Vector and Direct Controls (VC-DTC) of induction motor, stator current is very rich in harmonic components. It leads to high torque ripple of induction motor in high and low speed region. To solve this problem, a control method based on the concept of fuzzy logic approach is used. The control scheme proposed uses stator current error as variable. Through the fuzzy logic controller rules, the choice of voltage space vector is optimized and then torque and speed are controlled successfully with a less ripple level in torque response, which improve the system's performance. Simulation results trough MATLAB/SIMULINK${(R)}$ software gave results that justify the claims.
Torque ripple control of brushless DC motor has long been the main issue of the servo drive systems in which the speed fluctuation, vibration and acoustic noise need to be minimized. The vast majority of the methods for suppressing the torque ripple require the Fourier series analysis and either the iterative or least mean square minimization. In this paper, a novel approach based on the d-q-0 reference frame that achieves ripple-free torque control with maximum efficiency is presented. The proposed method optimizes the reference phase current waveforms including even the case of 3-phase unbalanced condition, and the motor winding currents are controlled to track the optimized current waveforms by the delta modulation technique. As a results, the proposed approach provides a simple and yet effectine means for obtaining the optimal motor excitation currents. The validity and applicability of the proposed control scheme are verified through simulations and experimental investigations.
교류 전동기는 전류의 측정오차와 데드타임(dead time) 등의 영향으로 전기각주파수에 동기된 주기적인 토크리플이 발생한다. 본 논문에서는 주기적인 토크리플 보상알고리즘을 제안한다. 보상기는 토크리플에 의해 생성된 속도리플의 크기을 관측하는 속도리플 관측기와 관측한 양으로 토크리플을 보상하는 토크리플 보상기로 나누어진다. 본 논문에서는 토크리플 보상기의 해석을 통해 정상상태에서 속도리플이 제거되고 새롭게 제안된 속도리플 관측기을 적용하여 성능이 향상됨을 보였다. 제안한 주기적인 토크리플 보상알고리즘에 의해 토크리플 성분이 보상됨을 모의 실험과 실험을 통해 검증하였다.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제5B권2호
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pp.146-153
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2005
In a permanent magnet brushless dc motor, cogging torque is produced by the magnetic attraction between the rotor mounted permanent magnets and the stator teeth. This always produces a pulsating torque ripple resulting in vibration and acoustic noise, which is detrimental to the motor performance. This paper deals with the analytical prediction of cogging torque and the various cogging torque minimization techniques as applied to a permanent magnet brushless dc motor.
In this paper, a parameter optimization based iterative learning control strategy is presented for permanent magnet synchronous motor control. This paper analyzes the mechanism of iterative learning control suppressing PMSM torque ripple and discusses the impact of controller parameters on steady-state and dynamic performance of the system. Based on the analysis, an optimization problem is constructed, and the expression of the optimal controller parameter is obtained to adjust the controller parameter online. Experimental research is carried out on a 5.2kW PMSM. The results show that the parameter optimization based iterative learning control proposed in this paper achieves lower torque ripple during steady-state operation and short regulating time of dynamic response, thus satisfying the demands for both steady state and dynamic performance of the speed regulating system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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