The predictive speed control (PSC) strategy can realize the simultaneous control of speed and current by using one cost function. As a model-based control method, the performance of the PSC is vulnerable to model mismatches such as load torque disturbances and parameter uncertainties. To solve this problem, this paper presents a robust predictive speed control (RPSC) strategy for surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) drives. The proposed RPSC uses extended state observers (ESOs) to estimate the lumped disturbances caused by load torque changes and parameter mismatches. The observer-based prediction model is then compensated by using the estimated disturbances. The introduction of ESOs can achieve robustness against predictive model uncertainties. In addition, a modified cost function is designed to further suppress load torque disturbances. The performance of the proposed RPSC scheme has been corroborated by experimental results under the condition of load torque changes and parameter mismatches.
본 논문은 저속 운전을 포함한 영구자속의 자속 추정을 통하여 Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM)의 토크 오차를 보상하는 기법에 대해 기술한다. 영구자속의 자속은 온도에 따라 변화한다. 동손을 최소화하기 위해 적용되는 Maximum Torque per Ampere (MTPA)는 영구자속의 자속 추정값을 이용하여 구현되기 때문에 영구자석의 자속이 변화할 경우, 토크 오차가 발생한다. 본 논문에서는 쇄교자속관측기를 이용하여 영구자석의 자속을 실시간으로 추정하여 제어알고리즘에 적용함으로써 토크 오차를 보상하는 기법을 제안한다. 제안된 기법은 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증하였다.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제2권4호
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pp.429-435
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2013
This paper proposes a sensorless speed control based on a novel extension of the torque producing flux (active flux) observer for the surface mounted permanent magnet synchronous machines (SPMSM) without additional high frequency signal injection. From the estimated torque producing flux, the rotor position and speed can be calculated at low speed due to their independency. Therefore, no rotor position sensor is required. Two approaches of the torque producing flux observer are presented and compared. The results show the stability and robustness of the expansion of the torque producing flux observer at low speed for the SPMSM.
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.
Recently, Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) drives are widely used for industrial applications due to its high efficiency and high power factor control strategy. PMSM generally have two classifications such as the SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motors) and IPMSM(Inter Permanent Magnet Synchronous Motors). IPMSA has economical merits over SPMSM in higher speed range, mechanical robustness, and higher power rate by the geometric difference. The maximum torque operation in IPMSM is realized by the current angle control which is to utilize additional reluctance torque due to a rotor saliency. In traction, spindle and compressor drives, constant power operation with higher speed range are desirable. This is simply achieved in the DC motor drives by the reduction of the field current as the speed is increased. However, in the PMSM, direct control of the magnet flux is not available. The airgap flux can be weakened by the appropriate current angle control to demagnetize. In this paper, the control method of optimal current vector in IPMSM is described in order to obtain the maximum torque or maximum output with the speed and load variations. The applied algorithm is realized by the proto system with torque and speed control Experimental results show this approach is satisfied for the high performance servo applications. (author). 6 refs., 9 figs., 1 tab.
The current model based sensorless method has many benefits that it can be robust control for large load torque. However, this method should determine a coefficient of back electro motive force(back-emf). This coefficient is varied by load torque and speed. Also, the coefficient determining equation is not exist, so it is determined only by experiment. On the other hands, using only back-emf estimatior method can not drive in low speed area and it has weakness in load variation. For these problems, this paper suggests the hybrid sensorless method that mixes the back-emf estimator regarding saliency and the current based sensorless model. This estimator offers not only non-necessary coefficient for current sensorless model, but also wide speed area operating in no specific transition method.
본 논문은 유한요소 모델예측제어(FCS-MPC)의 샘플링 시간을 가변하여 표면부착형 영구자석 동기 전동기(SPMSM)의 토크 리플을 개선하고 스위칭 손실을 저감하는 가변 샘플링 시간이 적용된 모델예측제어 기법을 제안한다. 기존 FCS-MPC는 토크 리플을 저감하기 위해 고정 샘플링 시간을 짧게 설정하였다. 고정 샘플링 시간을 짧게 설정함에 따라, 전압벡터의 변경횟수가 증가하여 스위칭 손실이 증가하였다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위해 가변 샘플링 시간이 적용된 FCS-MPC를 통해 토크 리플을 저감하고, 전압벡터의 변경횟수를 감소시켜 스위칭 손실을 저감하였다. 본 논문에서 제안하는 기법은 시뮬레이션을 통해 증명되었다.
This paper presents the sensorless drive method for mono inverter dual parallel (MIDP) surface mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) drive system. MIDP motor drive system is a technique that can reduce the cost of the multi motor driving system. To maximize this merit of the MIDP motor drive system, the sensorless technique is essential to eliminate the position sensors. This paper adopts an appropriate sensorless method for MIDP SPMSM drive system, which uses the reduced order observer and phase locked loop (PLL) to reduce the calculation burden. The I-F control method is implemented for start-up and low speed operation. The validity and performance of the proposed algorithm are shown via experiments with 600-W SPMSMs.
Mechanical spring and hydraulic pressure operated mechanisms are applied in most of today's High Voltage Gas Insulated Switchgear(GIS)s. This paper proposes a new type of operation mechanism for GIS circuit breakers rated at 245kV and 40kA. The Motor-Direct-Drive-Mechanism (MDDM) has many advantages compared to conventional operating mechanisms. It has a very simple structure with only one moving part, low mechanical stress and audible noise. It also allows monitoring, operation speed control and self-diagnosis functions.
Mechanical spring and hydraulic pressure operated mechanisms are applied in most of today's High Voltage Gas Insulated Switchgear(GIS)s. This paper proposes a new type of operation mechanism for GIS circuit breakers rated at 245kV and 40kA. The Motor-Direct-Drive-Mechanism (MDDM) has many advantages compared to conventional operating mechanisms. It has a very simple structure with only one moving part, low mechanical stress and audible noise. It also allows monitoring, operation speed control and self-diagnosis functions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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