A new control method for precision robust position control of a brushless DC (BLDC) motor using asymptotically stable adaptive load torque observer is presented in the paper. Precision position control is obtained for the BLDC motor system approximately linearized using the field-orientation method Recently, many of these drive systems use BLDC motors to avoid backlashe. However, the disadvantages of the motor are high cost and complex control because of nonlinear characteristics. Also, the load torque disturbance directly affects the motor shaft. The application of the load torque observer is published in [1] using fixed gain. However, the motor flux linkage is not exactly known for a load torque observer. There is the problem of uncertainty to obtain very high precision position control. Therefore a model reference adaptive observer is considered to overcome the problem of unknown parameter and torque disturbance in this paper. The system stability analysis is carried out using Lyapunov stability theorem. As a result, asymptotically stable observe gain can be obtained without affecting the overall system response. The load disturbance detected by the asymptotically stable adaptive observer is compensated by feedforwarding the equivalent current which gives fast response. The experimenta results are presented in the paper.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.13
no.3
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pp.221-228
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2008
In the 2-phase excited BLDC motor drives using a unipolar PWM scheme, there exists, in some cases, a unwanted leakage current which flows through the anti -parallel diode in the non-excited phase leg of the inverter. In this paper the cases in which the leakage current exists and the influence of the leakage current are analyzed, and a novel unipolar PWM scheme which can eliminate the leakage current is proposed. The leakage current increases as the motor speed is increased or PWM duty is decreased, and as a result the output power of the motor is reduced considerably. The effectiveness of the proposed unipolar PWM scheme isverified through the comparative simulations and experiments.
Due to the excessive zero-sequence voltage in dual three-level inverter fed open-end winding induction motor systems, zero-sequence circumfluence which is harmful to switching devices and insulation is then formed when operating in a single DC voltage source supplying mode. Traditionally, it is the mean value instead of instantaneous value of the zero-sequence voltage that is eliminated, through adjusting the durations of the operating vectors. A new strategy is proposed for zero-sequence voltage elimination, which utilizes unified voltage modulation and a decoupled SVPWM strategy to achieve two same-sized equivalent vectors for an angle of $120^{\circ}$, generated by two inverters independently. Both simulation and experimental results have verified its efficiency in the instantaneous value elimination of zero-sequence voltage.
In this paper, we describe the optimal driving method and magnetic flux distribution of permanent magnet which enhance torque characteristics in small-sized 3-phase brushless DC motors. The disadvantages of conventional $120^{\circ}$ constant current drive method are torque ripple, switching noise and spike voltage due to the inductance of stator coil. This shortcommings can be avoided by the switching slew-rate of driving current which is called linear voltage driving method. The aim of this study is to analyze linear voltage driving method quantatively and to determine optimal drive current waveform through computer simulation. The selection of commutation angle and slew rate of a new driving current at switching instants makes torque ripple index minimize and average torque maximize. And the validity of this new driving method was assured by Fourier analysis. Considering two dimensional nonlinear magnetic flux distribution on the permanent magnet, we suggest optimal flux distribution according to the presented driving method which improves torque characteristics.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.54
no.10
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pp.587-594
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2005
An adaptive observer for rotor resistance is designed to estimate rotor flux for the a-b model of an induction motor assuming that rotor speed and stator currents are measurable. A singularly perturbed model of the motor is used to design an Adaptive sliding mode observer which drives the estimated stator currents to their true values in the fast time scale. The adaptive observer on the sliding surface is based on the equivalent switching vector and both the estimated fluxes and the estimated rotor resistance converge to their true values. A speed controller considering the effects of parameter variations and external disturbance is proposed in this paper. First, induction motor dynamic model at nominal case is estimated. based on the estimated model, speed controller is designed to match the prescribed speed tracking specifications. Then a dead-time compensator and a robust controller are designed to reduce the effects of parameter variations and external disturbances. the desired speed tracking control performance can be preserved under wide operating range, and good speed load regulating performance. Some simulated results are provided to demonstrate the effectiveness of the Proposed controller.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.48
no.9
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pp.1147-1153
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1999
The attitude control of a double inverted pendulum with a periodical disturbance at link top is dealt in this paper. The proposed system is consisted of the double inverted pendulum and a disturbing link; a triple inverted pendulum with two motors. The lower link is hinged on the plate to free for rotation in the vertical plane. The upper link is connected to the lower link through a DC motor. The DC motor is used to control the posture of the pendulum by adjusting the position of the upper link. The periodical disturbance can be generated by the additional like attached at the end of link 2 through another DC motor, which is the modeling of a posture for a biped supporting with one leg. The motor for the joint simulates the knee joint(or hip joint) and the disturbance for the legs moving in air. The algorithm for controlling the proposed inverted pendulum which is regarded as a virtual double inverted pendulum with a periodic disturbance, is consisted of a state feedback control and a fuzzy logic controller connected in parallel. The fuzzy controller keeps the center of gravity of the biped within the specified range through the nonlinear feedback compensator. The state feedback control takes over the role to maintain a desired posture regardless the disturbance at the link top. Simulations with a mathematical model and experiments are conducted to show the validity of the proposed controller.
In this paper, we designed and implemented a precise pulse motor control chip that generates the parabolic speed pattern. This chip can control step motor[1], DC servo[2] and AC servo motors at high speed and precisely. It can reduce the mechanical vibration to the minimum at the change point of a degree of acceleration. Because the parabolic speed pattern has the continuous acceleration change. In this paper, we present the pulse generation algorithm and the parabolic pattern speed generation. We verify these algorithm using visual C++. We designed this chip with VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) and executed a logic simulation and synthesis using Synopsys synthesis tool. We executed the pre-layout simulation and post-layout simulation with Verilog-XL simulation tool. This chip was produced with 100 pins, PQFP package by 0.35 um CMOS process and implemented by completely digital logic. We developed the hardware test board and test program using visual C++. We verify the performance of this chip by driving the servo motor and the function by GUI(Graphic User Interface) environment.
In this paper, we control attitude of an unstructured object with gyro actuator. It is well known that the attitude control of an object hanging with wire is not easy using usual actuators. Even though an actuator such as a fan can be used for control of the object, it is difficult to meet a desired control objectives. We, because of these reasons, make a gyro actuator with two motors. The first motor is responsible for spinning the wheel at high speed and the second motor is used to turn the inner gimbal. Applying the torque to the second motor, which results in the turn of the outer gimbal, torque about the vertical axis will be obtained while the wheel of the gyro is spinning constantly. This torque is used to control the attitude of the object attached. Gyro actuator utilize control unstructured object such as I-beam carrying by tower crane, and isolate construction workers from the dangerous environments. We derive a relationship of wheel and its motor, find a proper capacity of wheel motor in order to rotate a wheel. Through experiments of attitude control, we show to obtain desired control objectives.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.07b
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pp.636-640
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2003
As industrial technology was developed, necessity for small size motor was increased on various fields such as medical treatment and robotics. The motor should be simple structure, and it has easy process of manufacture to overcome the limit of miniaturization. So, "the windmill type ultrasonic motor" is enough to satisfy these conditions. In this paper, windmill type ultrasonic motor which was proposed by B.Koc and K.Uchino, was analyzed and fabricated with modified endcap shape. Displacements of arms of the proposed endcap were compared with the previous endcap, using the finite element analysis program (ANSYS). Better rotational characteristics was expected in proposed model as result of FEA. Experimentally, rotary motors of 3.5 [cm] diameter were fabricated, and the speed and torque of the motor were measured. As a result, speed and torque were changed in proportion to the electrical input voltages. And low efficiency which was different from an expectation was obtained in this motor. So, various problems should be improved for practical use.
Recently, on-line diagnosis methods through wired and wireless networks are widely adopted in the diagnosis of industrial Electric Facilities, such as generators, transformers and motors. Also smart sensors which includes sensors, signal conditioning circuits and micro-controller in one board are widely studied in the field of condition monitoring. This paper suggests an self-powered system suitable for condition-monitoring smart sensors, which uses parasitic vibrations of the facilities as energy source. First, vibration-driven noise patterns of the electric facilities are presented. And then, an electromagnetic generator which uses mechanical mass-spring vibration resonance are suggested and designed. Finally energy consumption of the presented smart sensor, which consists of MEMS vibration sensors, signal conditioning circuits, a low-power consumption micro-controller, and a ZIGBEE wireless tranceiver, are presented. The usefulness and limits of the presented electromagnetic generators in the field of electric facility monitoring are also suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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