In this paper, an attempt has been made to design the current and speed proportional and integral (PI) regulators of self-commutating current source inverter-fed induction motor drive having capacitors at the machine end and to investigate the transient performance of the same for step changes in reference speed. The mathematical model of the complete drive system is developed in closed loop, and the characteristic equations of the systems are derived using perturbation about steady-state operating point in order to develop the characteristic equations. The D-partition technique is used for finding the stable region in the parametric plane. Frequency scanning technique is used to confirm the stability region. Final selection of the regulator parameters is done by comparing the transient response of the current and speed loops for step variations in reference. The performance of the drive is observed analytically through MATLAB simulation.
The errors generated from current measurement paths are inevitable, and they can be divided into two categories: offset error and scaling error. The current data including these errors cause periodic speed ripples which are one and two times the stator electrical frequency respectively. Since these undesirable ripples bring about harmful influences to motor driving systems, a compensation algorithm must be introduced to the control algorithm of the motor drive. In this paper, a new compensation algorithm is proposed. The signal of the integrator output of the d-axis current regulator is chosen and processed to compensate for the current measurement errors. Usually the d-axis current command is zero or constant to acquire the maximum torque or unity power factor in the ac drive system, and the output of the d-axis current regulator is nearly zero or constant as well. If the stator currents include the offset and scaling errors, the respective motor speed produces a ripple related to one and two times the stator electrical frequency, and the signal of the integrator output of the d-axis current regulator also produces the ripple as the motor speed does. The compensation of the current measurement errors is easily implemented to smooth the signal of the integrator output of the d-axis current regulator by subtracting the DC offset value or rescaling the gain of the hall sensor. Therefore, the proposed algorithm has several features: the robustness in the variation of the mechanical parameters, the application of the steady and transient state, the ease of implementation, and less computation time. The MATLAB simulation and experimental results are shown in order to verify the validity of the proposed current compensating algorithm.
게이트 전류 감지 구조는 LDO 레귤레이터가 오버슈트 또는 언더슈트 상황 발생 시 출력전압의 레귤레이션을 보다 효과적으로 제어하기 위해 제안되었다. 기존의 전형적인 LDO 레귤레이터는 부하전류가 변화할 때 레귤레이션 전압 변화가 발생한다. 하지만 게이트 전류 감지 구조를 이용하여 패스 트랜지스터에 있는 게이트 단자 전류를 공급/방전 함으로 인해 패스 트랜지스터의 동작 속도를 더욱 향상시킬 수 있다. 게이트 전류 감지 구조를 이용한 LDO 레귤레이터의 입력전압은 3.3 V ~ 4.5 V 이며 출력 전압은 3 V이고 부하 전류는 최대 250 mA의 값을 갖는다. 시뮬레이션 결과, 부하 전류가 250 mA 까지 변화할 때 약 9 mV의 전압 변화 값을 확인하였다.
In a full digital implementation of a current regulator, the voltage output is inevitably delayed due to arithmetic calculation and PWM. In case of the synchronous frame current regulator, the time delay is accompanied by the rotation of frame. In some applications in which the ratio of sampling frequency to output frequency is not high enough, such as high power drive or super high-speed drive, it is known that the effect of rotation of frame during the delay time causes phase and magnitude error in the voltage output. The error degrades the dynamic performance and can bring about the instability of current regulator at high speed. It is also intuitively known that advancing the phase of voltage output can mitigate the instability. In this paper, the instability problems are studied analytically and a compensation method for the error has been proposed. By means of computer simulation and complex root locus analysis, comparative study with conventional methods is carried out and the effectiveness of proposed method is verified.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제5B권2호
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pp.189-195
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2005
This paper presents a new velocity estimation strategy for a non-salient permanent magnet synchronous motor drive without high frequency signal injection or special PWM pattern. This approach is based on the d-axis current regulator output voltage of the drive system, which contains the rotor position error information. The rotor velocity can be estimated through a rotor position tracking PI controller that controls the position error at zero. For zero and low speed operation, the PI gain of the rotor position tracking controller has a variable structure according to the estimated rotor velocity. Then, at zero speed, the rotor position and velocity have sluggish dynamics because the varying gains are very low in this region. In order to boost the bandwidth of the PI controller during zero speed, the loop recovery technique is applied to the control system. The PI tuning formulas are also derived by analyzing this control system by frequency domain specifications such as phase margin and bandwidth assignment.
전력전자학회 2001년도 Proceedings ICPE 01 2001 International Conference on Power Electronics
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pp.773-778
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2001
This paper describes the implementation of the vector control schemes for a variable-speed 131kW PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) in super-high speed application. The vector control with synchronous reference frame current regulator has been implemented with the challenging requirements such as the extremely low stator inductance$(28^{\mu}H)$, the high dc link voltage(600V) and the high excitation frequency(1.2kHz). Because the conventional position sensor is not reliable in super-high speed, a vector control scheme without any position sensor has been proposed. The proposed sensorless algorithm is implemented by processing the output voltage of the PI current regulator, and hence the structure is simple and the estimated speed is robust to the measurement noise. The experimental system has been built and the proposed control has been implemented and evaluated. The test result, up to the speed of 60,000 r/min, shows the validity of the proposed control.
본 논문에서는 단상 영구자석 동기 전동기의 고속 센서리스 운전을 위한 회전자 자극 검출 알고리즘을 제안한다. 일반적으로 단상 영구자석 동기 전동기의 센서리스 운전은 오픈 루프 기동 후 특정 속도 영역에서 센서리스 운전으로 전환된다. 이와 같은 오픈 루프 기동 과정에서 단상 영구자석 동기 전동기의 일정한 회전 방향을 유지하기 위한 회전자 자극의 검출이 필수적이다. 본 논문에서는 자기적 비대칭을 갖는 단상 영구자석 동기 전동기의 특성을 고려하여 전류 제어기 기반의 옵셋 전류 및 고주파 전압 신호를 활용한 회전자 자극 검출 기법을 제안한다. 제안한 알고리즘은 다수의 실험을 통하여 회전자 자극 검출의 유효성과 유용성을 확인하였다.
Direct torque control (DTC) scheme provides a very quick torque response without the complex field-orientation block and inner current regulation loop. DTC is known as an appropriate scheme for high power induction motet drives because it can be used at lower switching frequency. There are two major drawbacks with the application of DTC schemes : one is large current harmonics due to flux drooping in a low speed range, the other is that the inverter switching frequency is varying according to motor parameters and operating speed. Switching devices in the power electronics drives should be supported for relatively high switching frequency. In this paper, a P-type fuzzy controller to realize the variable switching sector scheme and a PID-type fuzzy switching frequency regulator are adopted. A meaningful contribution of this paper is to propose a simple realization scheme of the fuzzy switching frequency regulator. Simulation results show the effectiveness of those propositions.
피드백 전압 감지 구조는 기존 외부 출력 캐패시터의 제거로 인한 오버슈트 및 언더슈트 현상을 완화하기 위해 제안된다. 기존의 LDO 레귤레이터는 전원 공급 전압의 불균형으로 인해 발생하는 오버슈트 및 언더슈트를 겪는다. 따라서 제안된 LDO는 기존 LDO의 피드백 경로만 유지하면서 새로운 제어 경로를 형성하기 위해 보다 개선된 과도 응답을 갖도록 설계되었다. 새로운 제어 경로는 출력 단계에서 발생하는 오버슈트 및 언더슈트 현상을 감지한다. 이에, 패스 소자의 게이트 노드의 전류를 충방전함으로써 패스 소자의 동작 속도가 향상된다. 피드백 전압 감지 구조가 있는 LDO 레귤레이터는 3.3~4.5V의 입력 전압 범위에서 작동하며 3V의 출력 전압에서 최대 200mA의 부하 전류를 가집니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 부하전류가 200mA일 때 언더슈트 조건에서는 73mV, 오버슈트 조건에서는 61mV이다.
In order to achieve high performance vector control, it is essential to measure accurate ac current. The errors generated from current path are inevitable, and they could be divided into two categories: offset error and scaling error. The current data including these errors cause periodic speed ripples which are one and two times of stator electrical frequency respectively. Since these undesirable ripples bring about bad influences to motor driving system, a compensation algorithm must be needed in the control algorithm of the motor drive. In this paper, a new compensation algorithm is proposed. The signal of the integrator output of the d-axis current regulator is chosen and processed to compensate the current measurement errors. The compensation of the current measurement errors is easily implemented to smooth the signal of the integrator output of the d-axis current regulator by subtracting the DC offset value or rescaling the gain of the hall sensor. Therefore, the proposed algorithm has several features: the robustness of the variation of the mechanical parameters, the application of the steady and transient state, the easy implementation, and less computation time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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