طراحی و ساخت درایو موتور سنکرون آهن‌ربای دائم سطحی به روش پیش‌بین مستقل از مدل جریان و سرعت و رؤیتگر غیرخطی اغتشاش با رویکرد مقاوم نسبت به تغییرات پارامتر و اغتشاش
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتر
محمدباقر سپهکار
1
,
ابوالفضل حلوایی نیاسر
2
*
1 - دانشكده مهندسی برق و كامپیوتر، دانشگاه کاشان
2 - دانشكده مهندسی برق و كامپیوتر، دانشگاه کاشان
کلید واژه: موتور سنکرون آهن‌ربای دائم, کنترل پیش‌بین مستقل از مدل, رؤیتگر غیرخطی اغتشاش, کنترل پیش‌بین جریان و سرعت,
چکیده مقاله :
در کنترل درایو موتورهای سنکرون آهن‌ربای دائم (PMSM)، سیستم کنترل باید برای کار در شرایط مختلف و در مواجهه با تغییرات پارامترهای موتور و اغتشاشات ناشناخته خارجی طراحی شود. برای ارتقای عملکرد درایو این موتور، در این مقاله روشی تحت عنوان کنترل پیش‌بین مستقل از مدل جریان و سرعت (MFPCSC) پیشنهاد شده است. این روش فقط از ورودی و خروجی سیستم استفاده می‌کند، پارامترهای موتور را در کنترل درایو دخیل نمی‌کند و نسبت به تغییرات پارامترهای موتور مقاوم است. در حالی که روش‌های مرسوم کنترل پیش‌بین مستقل از مدل، نیازمند تنظیم چندین پارامتر کنترلی هستند، در این مقاله برای بهبود عملکرد سیستم درایو این موتور و مقاوم‌نمودن آن به تغییرات پارامترها و اغتشاشات خارجی، روش کنترل پیش‌بین مستقل از مدل ارائه‌شده بر اساس رؤیتگر غیرخطی اغتشاش (NDO) طراحی می‌شود. این روش می‌تواند با دقت و پایداری بیشتری، اغتشاشات سیستم را تخمین بزند و حجم محاسبات آن کم است. نتایج شبیه‌سازی و آزمایش عملی روش پیشنهادی MFPCSC با ترکیب با رؤیتگر NDO نشان می‌دهد که روش کنترلی پیشنهادی، دارای مقاومت بالا به تغییرات پارامترها، پاسخ گذرای مطلوب، ریپل خروجی کوچک و مشخصه‌های گذرای بهبودیافته است و می‌تواند اغتشاشات سیستم را به‌صورت دقیق و پایدار تخمین بزند.
In the drive control of permanent magnet synchronous motors (PMSMs), the control system must be designed to work in different conditions and against of changes in motor parameters and unknown disturbances. In order to enhance the drive performance of PMSM motor, the model-predictive control independent of current and speed model (MFPCSC) is proposed in this article. This method only uses the input and output of the system and does not involve the motor parameters in the drive control, and it is robust to the changes of the motor parameters. The conventional model-independent predictive control method requires setting several control parameters. To improve the performance of the drive system of this motor and make it robust to changes in parameters and disturbances, the proposed MFPCSC method is designed based on the nonlinear disturbance observer (NDO). This observer can estimate system disturbances with more accuracy and stability, and the amount of calculations is small. The simulation and practical test results of the proposed MFPCSC method combined with the NDO show that the proposed control method has high robustness to parameter changes, favorable transient response, small output ripple, and improved transient characteristics, and can accurately and stably estimate system disturbances.
[1] Q. Liu and K. Hameyer, "Torque ripple minimization for direct torque control of PMSM with modified FCSMPC," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 52, no. 6, pp. 4855-4864, May 2016.
[2] S. Chai, L. Wang, and E. Rogers, "A cascade MPC control structure for a PMSM with speed ripple minimization," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 60, no. 8, pp. 2978-2987, Aug. 2012.
[3] X. Zhang, L. Zhang, and Y. Zhang, "Model predictive current control for PMSM drives with parameter robustness improvement," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 34, no. 2, pp. 1645-1657, Sept. 2018.
[4] Y. Zhou, H. Li, and H. Yao, "Modelfree control of surface mounted PMSM drive system," in Proc. IEEE Int. Conf. on Industrial Technology, ICIT'16, pp. 175-180, Taipei, Taiwan, 14-17 Mar. 2016.
[5] J. Yang, W. H. Chen, S. Li, L. Guo, and Y. Yan, "Disturbance/ uncertainty estimation and attenuation techniques in PMSM drives-a survey," IEEE on Industrial Electronics, vol. 64, no. 4, pp. 3273-3285, Apr. 2016.
[6] X. Zhang, B. Hou, and Y. Mei, "Deadbeat predictive current control of permanentmagnet synchronous motors with stator current and disturbance observer," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 32, no. 5, pp. 3818-3834, May 2016.
[7] J. Han, "From PID to active disturbance rejection control," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 56, no. 3, pp. 900-906, Mar. 2009.
[8] Y. Zhang, J. Jin, L. Huang, W. Xu, and Y. Liu, "Model-free predictive current control of PMSM drives based on ultra-local model," in Proc. 22nd Int. Confe. on Electrical Machines and Systems, ICEMS'19, 5 pp., Harbin, China, 11-14 Aug. 2019.
[9] J. Yang, S. Li, and X. Yu, "Slidingmode control for systems with mismatched uncertainties via a disturbance observer," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 60, no. 1, pp. 160-169, Jan. 2012.
[10] Y. Zhou, H. Li, and H. Zhang, "Modelfree deadbeat predictive current control of a surface mounted permanent magnet synchronous motor drive system," J. of Power Electronics, vol. 18, no. 1, pp. 103-115, Jan. 2018.
[11] C. Ma, H. Li, X. Yao, Z. Zhang, and F. De Belie, "An improved model-free predictive current control with advanced current gradient updating mechanism," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 68, no. 12, pp. 11968-11979, Dec. 2021.
[12] L. Xu, G. Chen, and Q. Li, "Ultralocal modelfree predictive current control based on nonlinear disturbance compensation for permanent magnet synchronous motor," IEEE Access, vol. 8, pp. 127690-127699, 2020.
[13] M. Fliess and C. Join, "Modelfree control," International J. of Control, vol. 86, no. 12, pp. 2228-2252, 2013.
[14] J. Yang, S. Li, and W. H. Chen, "Nonlinear disturbance observerbased control for multiinput multioutput nonlinear systems subject to mismatching condition," Int. J. of Control, vol. 85, no. 8, pp. 1071-1082, Aug. 2012.
[15] Y. Zhang, J. Jin, and L. Huang, "Modelfree predictive current control of PMSM drives based on extended state observer using ultralocal model," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 68, no. 2, pp. 993-1003, Feb. 2021.
[16] M. Fliess and C. Join, "Stability margins and modelfree control: a first look," in Proc. European Control Conf., ECC'14, pp. 454-459, Strasbourg, France, 24-27 Jun. 2014.