This paper presents a sensorless direct torque control (DTC) combined with sliding mode approach (SM) and space vector modulation (SVM) to achieve mainly a high performance and reduce torque and flux ripples of a parallel-connected two five-phase permanent magnet synchronous machine (PMSM) drive system. In order to increase the proposed drive robustness and decrease its complexity and cost, the rotor speeds, rotor positions, fluxes as well as torques are estimated by using a sliding mode observer (SMO) scheme. The effectiveness of the proposed sliding mode observer in conjunction with the sliding mode control based DTC is confirmed through the application of different load torques for wide speed range operation. Comparison between sliding mode control and proportional integral (PI) control based DTC of the proposed two-motor drive is provided. The obtained speeds, torques and fluxes responses follow their references; even in low and reverse speed operations, load torques changes, and machines parameters variations. Simulation results confirm also that, the ripples of the torques and fluxes are reduced more than 3.33% and 16.66 %, respectively, and the speed overshoots and speed drops are reduced about 99.85% and 92.24%, respectively.
In this paper, a unified control strategy using the current space vector modulation (CSVM) technique is proposed and applied to a bidirectional three-phase DC/AC converter. The operation of the converter changes with the direction of the power flow. In the charging mode, it works as a buck type rectifier; and during the discharging mode, it operates as a boost type inverter, which makes it suitable as an interface between high voltage AC grids and low voltage energy storage devices. This topology has the following advantages: high conversion efficiency, high power factor at the grid side, tight control of the charging current and fast transition between the charging and discharging modes. The operating principle of the mode analysis, the gate signal generation, the general control strategy and the transition from a constant current (CC) to a constant voltage (CV) in the charging mode are discussed. The proposed control strategy has been validated by simulations and experimental results obtained with a 1kW laboratory prototype using supercapacitors as an energy storage device.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2016.10a
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pp.652-654
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2016
This paper shows the Design and implementation of sinusoidal BLDC motor drive logic using SVPWM method with FPGA. Sinusoidal BLDC motor driver logic consists of sine-wave PWM generator, dead-time and lead angle control logic. PWM generator logic is designed using SVPWM method for increase of 15.5% linear domain than general sine-wave PWM. This logic is verified and implemented using Spartan-6 FPGA Board. Test results show that THD(Total Harmonic Distortion) of motor-driving current is 19.2% and rotor position resolution is 1.6 degree.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.27
no.2
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pp.126-133
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2022
This study proposes a suppression of zero sequence current (ZSC), which is caused by zero sequence voltage (ZSV) for a dual two-level inverter with single DC bus. Large output voltages enable the dual inverter with single DC bus to improve a system efficiency compared with single inverter. However, the structure of dual inverter with single DC bus inevitably generates ZSC, which reduces the system efficiency and causes a current ripple. ZSV is also produced by dead time, and its magnitude is determined by the DC bus and current direction. This study presents a novel space vector modulation method that allows the instantaneous suppression of ZSC. Based on a condition where a switching period is twice a sampling (control) period, the proposed control method is implemented by injecting the offset voltage at the primary inverter. This offset voltage is injected in half of the switching period to suppress the ZSC. Simulation and experiments are used to compare the proposed and conventional methods to determine the ZSC suppression performance.
Ramesh, Tejavathu;Panda, Anup Kumar;Kumar, S. Shiva
Journal of Power Electronics
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v.15
no.3
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pp.730-740
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2015
This paper presents model reference adaptive system speed estimators based on Type-1 and Type-2 fuzzy logic controllers for the speed sensorless direct torque and flux control of an induction motor drive (IMD) using space vector pulse width modulation. A Type-1 fuzzy logic controller (T1FLC) based adaptation mechanism scheme is initially presented to achieve high performance sensorless drive in both transient as well as in steady-state conditions. However, the Type-1 fuzzy sets are certain and cannot work effectively when a higher degree of uncertainties occurs in the system, which can be caused by sudden changes in speed or different load disturbances and, process noise. Therefore, a new Type-2 FLC (T2FLC) - based adaptation mechanism scheme is proposed to better handle the higher degree of uncertainties, improve the performance, and is also robust to different load torque and sudden changes in speed conditions. The detailed performance of different adaptation mechanism schemes are performed in a MATLAB/Simulink environment with a speed sensor and sensorless modes of operation when an IMD is operates under different operating conditions, such as no-load, load, and sudden changes in speed. To validate the different control approaches, the system is also implemented on a real-time system, and adequate results are reported for its validation.
Fuel cell (FC) is a promising power supply in electric vehicles (EV); however, it has poor dynamic performance and short service life. To address these shortcomings, a super capacitor (SC) is adopted as an auxiliary power supply. In this study, the frequency decoupling control method is used in electric vehicle energy system. High-frequency and low-frequency demand power is provided by SC and FC, respectively, which makes full use of two power supplies. Simultaneously, the energy system still has rapidity and reliability. The distributed power system (DPS) of EV requires DC-DC converters to achieve the desired voltage. The stability of cascaded converters must be assessed. Impedance-based methods are effective in the stability analysis of DPS. In this study, closed-loop impedances of interleaved half-bridge DC-DC converter and phase-shifted full-bridge DC-DC converter based on the frequency decoupling control method are derived. The closed-loop impedance of an inverter for permanent magnet synchronous motor based on space vector modulation control method is also derived. An improved Middlebrook criterion is used to assess and adjust the stability of the energy system. A theoretical analysis and simulation test are provided to demonstrate the feasibility of the energy management system and the control method.
In a three-phase system, three-phase AC signals can be translated into two-phase DC signals through a coordinate transformation. Thus, the PI regulator can realize a zero steady-state error for the DC signals. In the control of a three-phase grid-connected inverter, the phase angle of grid is normally detected by a phase-locked loop (PLL) and takes part in a coordinate transformation. A novel control strategy for a three-phase grid-connected inverter with a frequency-locked loop (FLL) based on coordinate transformation is proposed in this paper. The inverter is controlled as a current supply. The grid angle, which takes part in the coordinate transformation, is replaced by a periodic linear changing angle from $-{\pi}$ to ${\pi}$. The changing angle has the same frequency but a different phase than the grid angle. The frequency of the changing angle tracks the grid frequency by the negative feedback of the reactive power, which forms a FLL. The control strategy applies to non-ideal grids and it is a lot simpler than the control strategies with a PLL that are applied to non-ideal grids. The structure of the FLL is established. The principle and advantages of the proposed control strategy are discussed. The theoretical analysis is confirmed by experimental results.
In this paper the hardware implementation of the direct torque control based on the fuzzy logic technique of induction motor on the Field-Programmable Gate Array (FPGA) is presented. Due to its complexity, the fuzzy logic technique implemented on a digital system like the DSP (Digital Signal Processor) and microcontroller is characterized by a calculating delay. This delay is due to the processing speed which depends on the system complexity. The limitation of these solutions is inevitable. To solve this problem, an alternative digital solution is used, based on the FPGA, which is characterized by a fast processing speed, to take the advantage of the performances of the fuzzy logic technique in spite of its complex computation. The Conventional Direct Torque Control (CDTC) of the induction machine faces problems, like the high stator flux, electromagnetic torque ripples, and stator current distortions. To overcome the CDTC problems many methods are used such as the space vector modulation which is sensitive to the parameters variations of the machine, the increase in the switches inverter number which increases the cost of the inverter, and the artificial intelligence. In this paper an intelligent technique based on the fuzzy logic is used because it is allows controlling the systems without knowing the mathematical model. Also, we use a new method based on the Xilinx system generator for the hardware implementation of Direct Torque Fuzzy Control (DTFC) on the FPGA. The simulation results of the DTFC are compared to those of the CDTC. The comparison results illustrate the reduction in the torque and stator flux ripples of the DTFC and show the Xilinx Virtex V FPGA performances in terms of execution time.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.8
no.3
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pp.292-298
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2003
Most of the three phase inverters for adjustable speed drive of AC machines are equipped with two or three current sensors for measurement of three phase current. One method to reduce the number of current sensors is that single current sensor measures the DC link current, then three phase current is reconstructed using the measured value and the switching status. To improve the measurement accuracy, switching state should be maintained for more than minimum switching time. Many papers have been published, which focused on the readjustment of pulse width and compensation of voltage distortion. Those methods are suitable for space vector modulation. But there are some difficulties in applying these methods to carrier-based PWM which is widely used in industry. In this paper, new current measurement method and voltage compensation method are proposed which are suitable for carrier-based PWM, then, the validity of proposed method is confirmed through experiment.
In recent years, voltage source multilevel converters are very popular in medium/high-voltage industrial applications, among which the NPC/H-Bridge converter is a popular solution to the medium/high-voltage drive systems. The conventional finite control set model predictive control (FCS-MPC) strategy is not practical for multilevel converters due to their substantial calculation requirements, especially under high number of voltage levels. To solve this problem, a hierarchical model predictive voltage control (HMPVC) strategy with referring to the implementation of g-h coordinate space vector modulation (SVM) is proposed. By the hierarchical structure of different cost functions, load currents can be controlled well and common mode voltage can be maintained at low values. The proposed strategy could be easily expanded to the systems with high number of voltage levels while the amount of required calculation is significantly reduced and the advantages of the conventional FCS-MPC strategy are reserved. In addition, a HMPVC-based field oriented control scheme is applied to a drive system with the NPC/H-Bridge converter. Both steady-state and transient performances are evaluated by simulations and experiments with a down-scaled NPC/H-Bridge converter prototype under various conditions, which validate the proposed HMPVC strategy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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