In this paper, an advanced torque control scheme of SRM using DITC(Direct Instantaneous Torque Control) and PWM(pulse width modulation) is investigated. The proposed DITC-PWM regulates a duty ratio of the phase switch according to the torque error and simple control rules of DITC without any hysteresis bandwidth. The proposed control method is verified by the simulations and experimental results.
Jidin, Auzani;Idris, Nik Rumzi Nik;Yatim, Abdul Halim Mohd;Sutikno, Tole;Elbuluk, Malik E.
Journal of Power Electronics
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v.11
no.2
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pp.148-155
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2011
Direct torque control(DTC) of induction machines is known to offer fast instantaneous torque and flux control with a simple control structure. However, this scheme has two major disadvantageous, namely, a variable inverter switching frequency and a high torque ripple. These problems occur due to the use of hysteresis comparators in conventional DTC schemes, particularly in controlling the output torque. This paper reviews the utilization of constant frequency torque controllers (CFTC) in DTC to solve these problems while retaining the simple control structure of DTC. Some extensions of the work in utilizing a CFTC will be carried out in this paper which can further reduce the torque ripple. This is particularly useful for a system which has a limited/low sampling frequency. The feasibility of a CFTC with an extended carrier frequency in minimizing the torque ripple is verified through experimental results.
This paper deals with a Direct Torque Control (DTC) of an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM) for the Electric Vehicle (EV) propulsion system using a Neural Network (NN). The Conventional DTC with optimized switching lookup table and three level torque controller generates relatively large torque ripples in an electric vehicle motor drive. For reducing the torque ripples, a three level torque controller is hereby replaced by the five level torque controller. Furthermore, the switching lookup table of the five level torque controller based DTC is replaced with a Neural Network. These DTC schemes of an IPMSM drive are simulated using MATLAB/SIMULINK. The simulated results are compared with the conventional DTC and it is found that the ripples in the torque, as well as in the stator current, are reduced drastically.
The direct torque control (DTC) scheme features a simple structure thanks to stator flux-oriented control. It has the advantage of robustness against motor parameters variation since only the stator resistance is involved in the control scheme. On the other hand, the disadvantage of DTC is large torque ripple. To reduce the torque ripple, many studies on DTC-space vector modulation (DTC-SVM) schemes, which modulate the duty ratio with a fixed switching cycle, have been proposed. However, there is the difficulty in obtaining the duty ratio for DTC-SVM. Hence, this paper proposes a new duty ratio selection and stator flux calculation methods for reducing torque ripple. Simulations and experiments were carried out to determine the validity of the proposed method. The proposed scheme has simplified the duty ratio command and achieved the same control performance as the conventional duty ratio modulation method without using the information of motor parameters.
This paper presents an implementation of high performance control of a reluctance synchronous motor (RSM) using a neural network with a direct torque control. The equivalent circuit in a RSM, which considers iron losses, is theoretically analyzed. Also, the optimal current ratio between torque current and exiting current is analytically derived. In the case of a RSM, unlike an induction motor, torque dynamics can only be maintained by controlling the flux level because torque is directly proportional to the stator current. The neural network is used to efficiently drive the RSM. The TMS320C3l is employed as a control driver to implement complex control algorithms. The experimental results are presented to validate the applicability of the proposed method. The developed control system shows high efficiency and good dynamic response features for a 1.0 [kW] RSM having a 2.57 ratio of d/q.
Permanent magnet synchronous motor(PMSM) is widely used in many applications such as an electric vehicle. compressor drives of air conditioner and machine tool spindle drives. PMSM drive system have become a popular choice in various application, due to their excellent power to weight ratio. This paper is proposed maximum torque control for field weakening operation of PMSM drive. At low speeds, the reluctance torque is used to maximize the output for a given current level. This is achieved maximum torque per ampere(MTPA) by selecting an optimal value of the direct stator current component. At high speeds, the system reaches a point at which the inverter will not be able to supply the desired voltage. In this case it is necessary to make use of an increased value the direct current component. The proposed control algorithm is applied to PMSM drive system, the operating characteristics controlled by maximum torque control are examined in detail by simulation.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.2
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pp.102-109
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2013
In this paper, a new torque predictive control method of interior permanent magnet synchronous motor is developed based on an extended rotor flux. Also, a duty ratio prediction method is proposed and allows the duty ratio of the active stator voltage vector to be continuously calculated. The proposed method makes it possible to relatively reduce the torque ripple under the steady state as well as to remain the good dynamic response in the transient state. With the duty ratio prediction method, the magnitude and time interval of the active stator voltage vector applied can be continuously controlled against the varying operation conditions. This paper shows a comparative study among the switching table direct torque control(DTC), the SVM-DTC, conventional torque predictive control, and the proposed torque predictive control. Simulation results show validity and effectiveness of this work.
Torque ripple content and variable switching frequency operation of conventional direct torque control (DTC) are reduced by the integration of space vector modulation (SVM) into DTC. Integration of space vector modulation to conventional direct torque control known as SVM-DTC. It had been more frequently used method in renewable energy and machine drive systems. In this paper, SVM-DTC is used to control the rotor side converter (RSC) of a wind driven doubly-fed induction generator (DFIG) because of its advantages such as reduction of torque ripples and constant switching frequency operation. However, flux and torque ripples are still dominant due to distorted current waveforms at different operations of the wind turbine. Therefore, to smoothen the torque profile a Neural Network Controller (NNC) based SVM-DTC has been proposed by replacing the PI controller in the speed control loop of the wind turbine controller. Also, stability analysis and simulation study of DFIG using process reaction curve method (RRCM) are presented. Validation of simulation study in MATLAB/SIMULINK environment of proposed wind driven DFIG system has been performed by laboratory developed prototype model. The proposed NNC based SVM-DTC yields superior torque response and ripple reduction compared to other methods.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.7
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pp.524-529
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2016
We describe the design and fabrication of a two-axis force/torque sensor with parallel-plate beams (PPBs) and single beams for measuring force and torque in hip-joint rehabilitation exercise using a lower rehabilitation robot. The two-axis force/torque sensor is composed of an Fz force sensor and a Tz torque sensor, which detect z direction force and z direction torque, respectively. The two-axis force/torque sensor was designed using the FEM (Finite Element Method) and manufactured using strain gages. The characteristics experiment of the two-axis force/torque sensor was carried out. The test results show that the interference error of the two-axis force/torque sensor was less than 0.64% and the repeatability error and the non-linearity of the two-axis force/torque sensor were less than 0.03%. It is thought that the developed two-axis force/torque sensor could be used for a lower rehabilitation robot.
Nam, Myung Joon;Kim, Jong Hyun;Cho, Kwan-Yuhl;Kim, Hag-Wone;Cho, Younghoon
Journal of Power Electronics
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v.17
no.5
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pp.1223-1230
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2017
The back emf harmonics of a permanent magnet (PM) synchronous motor is a major source of torque ripple. For torque control applications including column fitted MDPS (motor driven power steering) systems, it is essential to reduce the mechanical vibrations due to torque ripples at low speeds. In this paper, a torque ripple reduction algorithm for interior PM synchronous motors is proposed. The harmonic currents that cancel the $6^{th}$ order torque harmonic are added to the nominal dq currents for MTPA (maximum torque per ampere) operation. The compensated harmonic currents are derived from flux linkage harmonics based on a FFT analysis of the back emf harmonics. Simulation and experimental results verify that the $6^{th}$ order torque harmonic and THD of the torque ripple are reduced by compensating the dq harmonic currents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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