Control techniques for PMSM drives

 

Obiettivi

  • prototipazione veloce per il controllo;
  • realizzare tecniche di controllo sensorless;
  • realizzare tecniche di controllo sensorless come sistema di back-up;
  • sviluppare un software per la stima on-line dei parametri del modello del motore (self-commisioning);
  • realizzare algoritmi per il tuning automatico dei sistemi di controllo;
  • mediante sistemi di programmazione ad alto livello (dSPACE-Simulink, xPC Target-Simulink)

schema di funzionamento del sistema di prototipazione veloce per il controllo di un azionamento sincrono

 

Soluzione

Si sono realizzati algoritmi ibridi ed evoluzionari per l’auto-tuning dell’azionamento elettrico durante il suo funzionamento. Lo scopo è soddisfare gli utilizzatori finali che connettono l’azionamento e ottengono le migliori performance dai loro motori grazie all’auto-tuning.
Si sono progettati due schemi di controllo sensorless basati su un osservatore di tipo adattativo di tipo sliding-mode.
Per garantire la continuità di servizio di un azionamento di un SPMSM in caso di guasto del trasduttore di posizione si è realizzato un innovativo controllo sensorless che interviene e funziona in attesa che il guasto al sensore sia eliminato

layout del sistema di prototipazione veloce per il controllo di un azionamento sincrono

the experimental set up consists of two 350 W three-phase PMSMs, a 250-pulse incremental encoder, two Technosoft ACPM750 three-phase inverters, and a dSPACE DS1103 digital controller

Risultati

Il sistema di controllo è tarato automaticamente ed in breve tempo rispetto ad una accurata taratura manuale e permette migliori performance [1-7]. Gli algoritmi per l’ottimizzazione del sistema di controllo sono semplicemente implementabili come un fully-automated tool per azionamenti industriali. Questo è molto importante per i produttori di azionamenti elettrici che cercano di immettere sul mercato azionamenti easy-to-use.


Gli schemi di controllo sensorless sono notevolmente semplici da implementare e sono robusti alle variazioni parametriche ed in grado di consentire l’avviamento quando il rotore è in una posizione qualsiasi [8-9]. I vantaggi nell’utilizzo del sensorless sono una maggiore affidabilità dell’azionamento elettrico e minori costi.


I vantaggi di usare il controllo sensorless di backup [10-12] sono:

  • un efficace controllo ad orientamento di campo sia quando si ha il funzionamento con sensore di velocità sia quando interviene il funzionamento sensorless
  • la riduzione del costo dell’hardware dell’azionamento (il sensore di backup è sostituito dall’uso di un osservatore velocità/posizione).

È possibile implementare i software di controllo generati su microprocessori a basso costo per realizzare prototipi industriali.

 

Bibliografia

[1] F. Neri, G. L. Cascella, N. Salvatore, Xavier del Toro Garcia “Surrogate assisted local search in PMSM drive design”, COMPEL-The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, pp. 573-592, Vol. 27, Issue 3, Feb. 2008, ISSN: 0332-1649.


[2] A. Caponio, G. L. Cascella, F. Neri, N. Salvatore, M. Sumner, “A Fast Adaptive Memetic Algorithm for On-line and Off-line Control Design of PMSM Drives”, IEEE Trans. on Systems, Man and Cybernetics - Part B: Special Issue On Memetic Algorithm, ISSN: 1083-4419, Volume 37, Issue 1, pp. 28-41, Feb. 2007.


[3] G. L. Cascella, N. Salvatore, L. Salvatore, M. Sumner “Experimental Simplex-Genetic Algorithm for Self-Commissioning of Electric Drives”, EPE Journal, Vol. 17, N. 3, pp. 31-37, Oct. 2007.


[4] G. L. Cascella, N. Salvatore, M. Sumner, L. Salvatore, “On-line Simplex-Genetic Algorithm for Self-Commissioning of Electric Drives”, on Proc. of EPE2005, 11th European Conference on Power Electronics, CDROM, ISBN 90-75815-08-5, Dresden, Germany, 11-14 September, 2005.


[5] Xavier del Toro Garcia, F. Neri, G. L. Cascella, N. Salvatore, “A Surrogate Assisted Hooke-Jeeves Algorithm to Optimize the Control System of a PMSM Drive”, on Proc. of ISIE 2006, Montreal, Quebec, Canada, 9-12 Jul 06, ISBN: 1-4244-0497-5, pp. 347-352.


[6] F. Neri, G. L. Cascella, N. Salvatore, S. Stasi, “An Adaptive Prudent-Daring Evolutionary Algorithm for Noise Handling in On-line PMSM Drive Design”, on Proc. of the IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC 2007), Special Session Evolutionary Computation in Dynamic and Uncertain Environments, pages 584-591, Singapore, September 2007.


[7] A. Caponio, F. Neri, G. L. Cascella, N. Salvatore “Application of Memetic Differential Evolution Frameworks to Pmsm Drive Design” on Proc. of IEEE World Congress on Computational Intelligence (WCCI 2008), Hong Kong, June 1-6, 2008.


[8] L. Salvatore, F. Cupertino, Giuseppe L. Cascella, “A new approach to sensorless vector control of SPMSM with adaptive sliding-mode observer”, on Proc. of 2002 IEEE-ISIE Industrial Symposiumon Industrial Electronics, CDROM, ISBN0780373693, vol.2, L’Aquila, Italy, July 8-11, 2002, pp.489-494.


[9] G. L. Cascella, N. Salvatore, L. Salvatore, “Adaptive Sliding-Mode Observer for Field Oriented Sensorless Control of SPMSM”, on Proc. of ISIE 2003, IEEE-ISIE International Symposium on Industrial Electronics, ISBN 0-7803-7912-8 vol. 2, Rio de Janeiro, Brazil, June 9-11, 2003, pp. 1137 - 1143.


[10] G. L. Cascella, F. Cupertino, L. Salvatore, N. Salvatore, “Backup Sensorless Control of SPMSM Drives with Sliding-Mode Observer”, on Proc. of EPE 2003, 10th European Conference on Power Electronics, CDROM, ISBN 90-75815-07-7, Toulouse, France, September 2- 4, 2003.


[11] G. L. Cascella, F. Neri, N. Salvatore, G. Acciani, F. Cupertino, “Hybrid Eas For Backup Sensorless Control of Pmsm Drives”, WSEAS Transactions on Systems, ISSN 1109-2777, Issue 1, Vol. 5, Jan. 2006, pp. 131-135.


[12] G. L. Cascella, F. Neri, N. Salvatore, G. Acciani, F. Cupertino, “Hybrid Eas For Backup Sensorless Control of Pmsm Drives”, on Proc. of 2005 WSEAS Int. Conf. on Dynamical Systems and Control (CONTROL ‘05), ISBN 960-8457-37-8, Venezia, Italy, Nov. 2-4, 2005, pp. 374 - 378.

 

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