In this paper, we study the problem of torque ripple minimization in Brushless DC Motors (BLDC) and proposes a disturbance observer (DOB) based controller in order to efficiently reduce the torque ripple. In the DOB based control system, an equivalent disturbance (plant disturbance and effect of modelling error) is cancelled by its estimate. When the DOB controller is applied to BLDC motors, the effect of inverter switching is considered as an equivalent disturbance and to be cancelled by the DOB controller. Through computer simulations, it is shown that the performance of the proposed DOB controller is superior to that of the conventional PI controller. In the case where the numerical values of resistance and inductance are not known exactly, it is shown that the proposed DOB controller achieves better performance than the PI controller.
In this paper, a novel motor control method is proposed to improve the performance of sensorless drive of BLDC motors. The unknown input (back-EMF) is modelled as the additional state of system in this paper. Taking into account the disturbance adopted by the back-EMF, the observer can be obtained by the augmented system equation. An algorithm to detect the back-EMF of the BLDC motor using the state observer is constructed. As a result, the novel sensorless drive of BLDC motors that can strictly estimate rotor position and speed is proposed.
In this paper, the robust PID(Proportional-Integral-Derivative) controller was designed for speed control of BLDC motors using the frequency region model matching method. It was designed the robust PID controller satisfying disturbance attenuation and robust tracking performance using an H$\infty$ control method. The robust PID controller gains with the performances of the designed H$\infty$ controller are determined using the model matching method at frequency domain. Consequently, simulation results show that the proposed PID speed controller satisfies load torque disturbance attenuation and robust tracking performance, and this study has usefulness and applicability for the speed control system design of BLDC motors.
Electrical motors are an integral part of industrial plants with no less than 5 billion motors built world wide every year. The demand for low-cost brushless DC (BLDC) motors has increased in industrial applications. This paper presents a BLDC motor control algorithm for low-cost motor drive applications using general purpose microcontrollers which have only one on-chip timer. This paper describes how to realize pulse width modulation (PWM) signals with general input/output (I/O) ports to control a three-phase permanent magnet brushless DC motor using the timer interrupt on MSP430F1232.
본 논문에서는 BLDC 전동기 센서리스 드라이브의 성능 향상을 위한 새로운 전동기 제어 기법을 제안한다. 최근 센서리스 제어방법의 주류를 이루고 있는 단자전압을 이용하는 방식들은 전동기를 동기 모드로 운전할 때 과도한 전압이 인가되면, 회전자 위치를 정확하게 검출할 수 없다. 특히 과도상태영역에서의 응답특성이 좋지 않다. 따라서 본 논문에서는 미지 입력인 역기전력을 추가적인 시스템의 상태로 모델링하고, 전체 시스템을 역기전력에 대한 미분방정식 형태 외란 모델을 도입한 확장 상태방정식으로 표현함으로서 얻어지는 상태관측기를 통하여 전동기의 속도 및 회전자 위치를 추정하는 새로운 알고리즘을 제안한다.
In order to verify the performance of brushless DC (BLDC) motors, the simulation method has been widely used. The current of a BLDC motors flows on two phase windings to obtain a constant torque. However, the freewheeling current caused by the inductance component of a BLDC motor exists at the commutation point so that the current can flow on three phase windings at the same time. Due to the changes of the excited phases, the model equations are frequently changed during BLDC motor drive operation. The model equations can be also changed by the applied switching pattern since the current path in the inverter circuit changes according to switching pattern. A BLDC motor system can utilize various switching patterns for many different purposes. However, such changes of the model equations complicate the simulation procedure. In this paper, the technique to set up model equations is proposed to ease the simulation of a BLDC motor system through an inverter circuit analysis. The proposed technique will be verified using the C language. Although this method does not provide the level of detail obtainable from commercial simulation tools like PSIM or SIMULINK, it can provide an efficient way to quickly compare various conditions.
직류전동기는 자속 및 토크 제어가 간단하고 정밀하여 가변속 구동장치로 많이 사용된다 그러나 정류자와 브러시의 접촉 및 마모부분이 있으므로 정기적인 보수, 점검이 필요하며, 정류자의 정류 한계상 고속화 및 고압화에 문제가 있고, 대용량화에도 한계가 있으며, 설치하는 환경에도 큰 제약이 따른다. 따라서 이러한 단점을 극복하기 위해 직류전동기를 BLDC 전동기로 대치하여 가변속 제어하는 방법의 연구가 오래 전부터 지속되어 왔다. 본 논문에서는 PWM 인버터로 구동되는 BLDC 전동기의 수학적 모델을 전개하였고, 실험에 의한 파라미터 추정을 통하여 BLDC 전동기의 동특성 및 정상상태특성을 토크, 속도, 전압과 전류에 대하여 시뮬레이션 및 분석하였다.
The detection of position and speed in BLDC motors without using position sensors has meant many efforts for the last decades. The aim of this paper is to develop a sensorless technique for detecting the position and speed of BLDC motors, and to overcome the drawbacks of position sensor-based methods by improving the performance of traditional approaches oriented to motor phase voltage sensing. The position and speed information is obtained by computing the derivative of the terminal phase voltages regarding to a virtual neutral point. For starting-up the motor and implementing the algorithms of the detection technique, a FPGA board with a real-time processor is used. Also, a versatile hardware has been developed for driving BLDC motors through pulse width modulation (PWM) signals. Delta and wye winding motors have been considered for evaluating the performance of the designed hardware and software, and tests with and without load are performed. Experimental results for validating the detection technique were attained in the range 5-1500 rpm and 5-150 rpm under no-load and full-load conditions, respectively. Specifically, speed and position square errors lower than 3 rpm and between 10º-30º were obtained without load. In addition, the speed and position errors after full-load tests were around 1 rpm and between 10º-15º, respectively. These results provide the evidence that the developed technique allows to detect the position and speed of BLDC motors with low accuracy errors at starting-up and over a wide speed range, and reduce the influence of noise in position sensing, which suggest that it can be satisfactorily used as a reliable alternative to position sensors in precision applications.
The aim of this paper is to develop a controller of multi-phase bipolar brushless DC (MPB BLDC) motors for an electric bicycle. A MPB BLDC motor has a Permanent magnet rotor in which the magnetic arrangement is radial to the shaft and integral to the rotor laminations. This technique concentrates flux, giving a higher flux density than a surface-mounted PM motor and increases reluctance torque. The stator of MPB BLBC motor has parallel winding, allowing multi-phase separate independent controllability. It gets much more high power than wye-connection at same low voltage. The conventional techniques of exited with modulation(EWM), bidirection control, and partial square wale control are Proposed with one H-bridge and two photo sensors per phase. The Proposed controller is satisfied for the limited speed control and designed for system stability Experimental results show the performance of the proposed controller of MPB BLDC motors for an electric bicycle.
In this paper, we present a nonlinear dynamic controller for position tracking of brushless dc motors. In constructing the controller, a backstepping-type approach is used under the condition of full state information, while an adaptive controller is adopted for parameter uncertainty throughout the entire electromechanical system. The nonlinear dynamic controller using the adaptive learning technique approach is shown to drive the state variables of system to the desired ones asymptotically and whose effectiveness is also sown via computer simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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