بهبود عملکرد موتور سنکرون مغناطیس دایم با استفاده از روش کنترل مستقیم جریان مبتنی بر کنترل¬کننده پیش¬بین با مجموعه کنترلی پیوسته
Subject Areas : Application of soft computing in engineering sciencesReza Sharifian 1 * , Hamid Rahimi Esfahani 2
1 - گروه مهندسی برق، واحد لنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
2 - گروه مهندسی برق، واحد لنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
Keywords: کنترل مستقیم جریان, کنترل کننده پیش¬بین, محرکه¬های موتور سنکرون مغناطیس دايم, اعوجاج هارمونیک کل,
Abstract :
در این مقاله از روش کنترل مستقیم جریان، جهت بهبود عملکرد موتور سنکرون مغناطیس دائم در حالتهای دائمی و گذرا پیشنهاد شده است. در این روش، کنترل مستقیم جریان مبتنی بر کنترلکننده پیشبین با مجموعه کنترلی پیوسته ارائه شده است. چنانچه، در حالت پایدار، یک بردار ولتاژ فعال به همراه یک بردار ولتاژ صفر در هر سیکل کنترلی به موتور اعمال میشود. مقادیر فاز، دامنه و ضریب وظیفه بردار ولتاژ فعال به گونهای بهینه میگردد که خطای جریان استاتور حداقل شود. در حالت گذرا، برای بهبود پاسخ دینامیکی گشتاور، یک بردار ولتاژ با حداکثر دامنه در کل سیکل کنترلی به موتور اعمال میشود و زاویه بردار ولتاژ به گونهای محاسبه میشود که خطای جریان استاتور در انتهای سیکل کنترلی به صفر کاهش پیدا کند. مدولاسیون بردار فضایی به منظور تولید بردار ولتاژ انتخاب شده استفاده شده است. عملکرد روش در نرم افزار متلب مورد ارزیابی قرار گرفته است؛ نتایج بدست آمده نشان میدهد، روش پیشنهادی اعوجاج هارمونیک کل جریان استاتور را در حالت پایدار، کاهش و پاسخ دینامیکی موتور را در حالت گذرا بهبود میبخشد. علاوه بر این، عملکرد دو روش ارائه شده با تعدادی از روشهای کنترلی اخیر نیز مقایسه شده است که نتایج نشان میدهد با بکارگیری روشهای پیشنهادی، عملکرد حالت دائمی و گذرای بهتری حاصل می گردد.
D. Casadei, F. Profumo, G. Serra, and A. Tani, “FOC and DTC: Two variable schemes for induction motors torque control,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 17, no. 5, pp. 779–787, Sep. 2002. S. A. Zaid, O. A. Mahgoub, and K. A. El-Metwally, “Implementation of a new fast direct torque control algorithm for induction motor drives,” IET Elec. Power Appl., vol. 4, no. 5, pp. 305-313, Mar.
2009. M. Paicu, I. Boldea, G. Andreescu, and F. Blaabjerg, “Very low speed performance of active flux based sensorless control: interior permanent magnet synchronous motor vector control versus
direct torque and flux control,” IET Power Electron., vol. 3, no. 6, pp. 551-561, Nov. 2009. B. Singh, S. Jain, and S. Dwivedi, “Torque ripple reduction technique with improved flux response for a direct torque control induction motor drive,” IET Power Electron., vol. 6, no. 2, pp. 326-342, Jun. 2013.
Y. Inoue, S. Morimoto, and M. Sanada, “A novel control scheme for maximum power operation of synchronous reluctance motors including maximum torque per flux control,” IEEE Trans. Ind.
Appl., vol. 47, no. 1, pp. 115-121, Jan. 2011.
G. Heins, M. Thiele, and T. Brown, “Accurate torque ripple measurement for PMSM” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 60, no. 12, pp. 3868-3874, Nov. 2011. H. Zhu, X. Xiao and Y. Li, “Torque ripple reduction of the torque predictive control scheme for permanent-magnet synchronous motors,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no. 2, pp. 871-877,
Oct. 2012. R. Morales-Caporal, and M. Pacas, “Encoderless predictive direct torque control for synchronous reluctance machines at very low and zero speed,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 12, pp.
4408-4416, Dec. 2008.
T. Geyer, and S. Mastellone, “Model predictive direct torque control of a five-level ANPC converter drive system,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 48, no. 5, pp. 1565-1575, Oct. 2012.
T. Burtscher, and T. Geyer, “Deadlock avoidance in model predictive direct torque control,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 49, no. 5, pp. 2126-2135, Sep. 2013. W. Song, J. Ma, L. Zhou, and X. Feng, “Deadbeat predictive power control of single-phase three-level neutral-point-clamped converters using space-vector modulation for electrical railway
traction” IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 1, pp. 721-732, Sep. 2015.
Y. Wang, T. Ito, and R. D. Lorenz, “Loss manipulation capabilities of deadbeat direct torque and flux control induction machine drives,” IEEE Trans. Ind. Appl., Accepted for publication in 2015. R. Sh. Dastjerdi, M. A. Abasian, and etc., “Performance Improvement of Permanent-Magnet Synchronous Motor Using a New Deadbeat-Direct Current Controller,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 50, no. 3, pp. 3530-3543, May. 2018.
S. E. Dreyfus, “Some types of optimal control of stochastic systems,” SIAM J. Control Opt., vol. 2, no. 1, pp. 120–134, Jan. 1964. G. Abad, M. A. Rodriguez, and J. Poza, “Two-level VSC based predictive direct torque control of the doubly fed induction machine with reduced torque and flux ripples at low constant switching
frequency,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 3, pp. 1050–1061, May 2008. F. Niu, K. Li, and Y. Wang, “Direct torque control for permanent magnet synchronous machines based on duty ratio modulation,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 62, no. 10. pp. 6160-6170, Oct. 2015.
K. K. Shyu, J. K. Lin, V. T. Pham, M. J. Yang, and T.-W. Wang, “Global minimum torque ripple design for direct torque control of induction motor drives,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 9, pp. 3148–3156, Sep.2010.
R. P. Aguilera and D. E. Quevedo, "Predictive control of power converters: Designs with guaranteed performance" IEEE Trans. Ind. Inf., vol. 11, no. 1, pp. 53-63, Feb. 2015. C. M. Hackl, "MPC with analytical solution and integral error feedback for LTI MIMO systems d its application to current control of grid-connected power converters with LCL-filter" in IEEE
Int. Symp. Predict. Contr. of Electr. Drives and Power Ele. (PRECEDE), pp. 61-66, Chile, Oct. 2015. Y. Zhang, D. Xu, J. Liu, S. Gao, and W. Xu, "Performance improvement of model predictive current control of permanent magnet synchronous motor drives", IEEE Trans. Ind. Appl., to be published.
J. Scoltock,, et al., “A Comparison of Model Predictive Control Schemes for MV Induction Motor Drives,” IEEE Trans. Ind. Informatics, vol. 9, no. 2, pp. 3537-3547, May 2013. M. H. Vafaie, B. Mirzaeian Dehkordi, P. Moallem, and A. Kiyoumarsi, “Improving the steady-state and transient performances of PMSM through an advanced deadbeat torque and flux control system”, IEEE Trans. Power Electron., vol. 32, no. 4, pp. 2964 – 2975, Apr. 2017.
Y. Wang, et al., “Deadbeat model predictive torque control with discrete space vector modulation for PMSM drives,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 5, pp. 909-919, May 2017. C. Zhou, H. Li, L. Yang, R. Liu and B. Chen, "Low Complexity Zero-Suboptimal Model Predictive Torque Control for SPMSM Drives Based on Discrete Space Vector Modulation," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 12, no. 4, pp. 4204-4215, Aug. 2024.
W. Zhang et al., "An Improved Model Predictive Torque Control for PMSM Drives Based on Discrete Space Vector Modulation," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 38, no. 6, pp. 7535-7545, June 2023.
M. Gu et al., "Finite Control Set Model Predictive Torque Control With Reduced Computation Burden for PMSM Based on Discrete Space Vector Modulation," in IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 38, no. 1, pp. 703-712, March 2023.
M. H. Vafaie, B. M. Dehkordi, P. Moallem, and A. Kiyoumarsi, “A new predictive direct torque control method for improving both steady-state and transient-state operations of the PMSM,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 5, pp. 3738-3753, May. 2016.