In this paper, improved direct torque control(DTC) of five-phase induction motor(IM) is proposed. Due to the additional degrees of freedom, five-phase IM drives present unique characteristics. One of them is the ability of enhancing the torque producing capability of the motor. Also five-phase motor drives possess many others advantage compared with the traditional three-phase motor drives. Such as, reducing the amplitude and increasing of frequency of torque pulsation, reducing amplitude of current per phase without increasing the voltage per phase and increasing the reliability. The direct torque control method is advantageous when it is applied to the five-phase IM. Because the five-phase inverter provides 32 space vectors in comparison to 8 space voltage vectors by the three-phase inverter. The 32 space voltage vectors are divided into three groups according to their magnitudes. The characteristics and dynamic performance of traditional five-phase DTC are analyzed and new DTC for five-phase IM is proposed. Therefore, a more precise flux and torque control algorithm for the five-phase IM drives can be suggested and explained. For presenting the superior performance of the pro-posed direct torque control, experimental results is presented using a 32 bit fixed point TMS320F2812 digital signal processor
A direct stator flux vector control scheme in discrete-time domain is proposed in this paper for the interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drive to remove the proportional-integral (PI) controller from the direct torque control (DTC) scheme applied to IPMSM and to obtain faster dynamic response and lower torque ripple output. The output of speed outer loop is used as the desired torque angle instead of the desired torque in the proposed scheme. The desired stator flux vector in dq coordinate is calculated with a given amplitude. The state-space equations in discrete-time for IPMSM are established, the actual stator flux vector is estimated in deadbeat manner by a full-order state observer, and then the closed-loop control is achieved by the pole placement. The stator flux error vector is utilized to calculate the reference stator voltage vector. Extracting the angle position and amplitude from the estimated stator flux vector and estimating the output torque are eliminated for the direct feedback control of the stator flux vector. The proposed scheme is comparatively investigated with a PI-SVM DTC scheme by experiment results. Experimental results show the feasibility and advantages of the proposed control scheme.
This paper attempts to summarize torque control strategy for high performance SR drive. There are primarily two strategies for torque control. One method is direct torque control, which uses the simple control scheme and hysteresis controller to reduce the torque ripple. Another method is indirect torque control, which uses the complicated algorithms or simple distribution function to distribute each phase torque and obtain current command. The current controller is used to control phase torque by a given current command. In order to compare these two strategies of torque control, five torque control methods are introduced. The advantages and disadvantages of each method are presented. At last, they are verified by some simulations and experimental results.
This paper presents a discrete-time version of voltage and current limited operation using an enhanced direct torque and flux control method for interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives. A command voltage vector for airgap torque and stator flux regulation can be uniquely determined by the finite-settling-step direct torque and flux control (FSS-DTFC) algorithm under physical constraints. The proposed command voltage vector trajectories can be developed to achieve the maximum inverter voltage utilization for the discrete-time current limit (DTCL)-based FSS-DTFC. The algorithm can produce adequate results over a number of the potential secondary upsets found in the steady-state current limit (SSCL)-based DTFC. The fast changes in the torque and stator flux linkage improve the dynamic responses significantly over a wide constant-power operating region. The control strategy was evaluated on a 900W IPMSM in both simulations and experiments.
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.
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.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.13
no.3
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pp.179-185
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2008
In this paper, an advanced torque control scheme of SRM using DITC(Direct Instantaneous Torque Control) and PWM(pulse width modulation) is presented. Different from conventional DITC method, proposed method uses one or two switching modes at every sampling time, instead of only one switching mode. The duty ratio of the phase switch is regulated according to the torque error and simple control rules of DITC. Moreover the sampling time of control can be extended, which allows implementation on low cost micro-controllers. A simple calculation of PWM can assure a constant switching frequency with an excellent control performance. The proposed control method is verified by the simulations and experimental results.
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.
In order to decrease the parameter sensitivity of deadbeat direct torque control (DB-DTC), an improved deadbeat direct torque control method for surface mounted permanent-magnet synchronous motor (SPMSM) drives is proposed. First, the track errors of the stator flux and torque that are caused by model parameter mismatch are analyzed. Then a sliding mode observer is designed, which is able to predict the d-q axis currents of the next control period for one-step delay compensation, and to simultaneously estimate the model parameter disturbance. The estimated disturbance of this observer is used to estimate the stator resistance offline. Then the estimated resistance is required to update the designed sliding-mode observer, which can be used to estimate the inductance and permanent-magnetic flux linkage online. In addition, the flux and torque estimation of the next control period, which is unaffected by the model parameter disturbance, is achieved by using predictive d-q axis currents and estimated parameters. Hence, a low parameter sensitivity DB-DTC method is developed. Simulation and experimental results show the validity of the proposed direct control method.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.4
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pp.337-342
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2005
Direct torque control (DTC) was originally developed for induction machine drives, and, more recently has been applied to permanent magnet brushless AC (BLAC) drives. In this paper, the performance of DTC controlled brushless DC (BLDC) drives is compared with that of PWM current controlled BLDC drives, both with and without current shaping. Both simulation and experimental results are presented, as well as the analysis of the resulting torque waveforms. It is shown that, in addition to exhibiting a fast torque response, a DTC controlled BLDC drive has a significantly lower low-frequency torque ripple than the PWM current controlled BLDC drive without current shaping, and that it is easier to implement than PWM current control with current shaping.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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