Control techniques for IM drives

Obiettivi

  • prototipazione veloce per il controllo;
  • realizzare tecniche di controllo sliding-mode;
  • realizzare un controllo sensorless;
  • mediante sistemi di programmazione ad alto livello (dSPACE-Simulink)

the experimental set up consists of a 370 W three-phase induction motor, a Technosoft ACPM750 three-phase inverter, and a dSPACE DS1103 digital controller

Soluzione

Sono stati progettati ed implementati uno schema per il controllo vettoriale con 4 regolatori PI di tipo diretto e uno di tipo indiretto, uno schema per il controllo di posizione e uno per l’inseguimento di traiettoria, uno schema per il controllo diretto di coppia che utilizza regolatori di tipo sliding mode per controllare il flusso di statore e la coppia elettromagnetica.


Si è ideato uno schema di controllo sensorless di tipo sliding mode per azionamenti asincroni, orientato secondo il flusso di statore e basato sul filtro di Kalman ritardato (DSKF). L’algoritmo DSKF stima le componenti del flusso di statore nel riferimento stazionario utilizzando le derivate delle stesse componenti del flusso come modello matematico e il modello di tensione di statore come modello di osservazione. In questo schema il controllo di coppia e del flusso di statore è realizzato senza regolatori PI e quindi è possibile ottenere buone performance tarando pochi parametri. Per rendere ancora più efficace lo stimatore a bassissime velocità si sono tarate le matrici di covarianza con metodi basati sull’algoritmo Differential Evolution (DE) e sugli Algoritmi Genetici (GA).

layout del sistema di prototipazione veloce per il controllo sensorless di un azionamento asincrono

the experimental set up consists of two 3.70 kW Siemens 1PH7 three-phase induction servomotors, a sin/cos type encoder, a 4 kW Danfoss VLT50006 three-phase inverter with an Interface and Protection Card IPC-VLT5000, a dSPACE DS1103 digital controller, a 4 kW Siemens 6SE7 Simovert Master-drives Motion Control three-phase inverter

Risultati

È stata possibile l’ottimizzazione dei parametri dei regolatori PI di un controllo vettoriale diretto ed indiretto, mentre la sperimentazione è in corso.
L’assenza di integratori nel sistema di controllo di tipo sliding mode ha semplificato l’implementazione ottenendo prestazioni dinamiche anche leggermente migliori di quelle ottenibili con regolatori di tipo PI [1].
Sono stati realizzati controllori a saturazione variabile per il controllo di un azionamento asincrono sul flusso di statore [2-3].
Con il controllo sensorless è possibile operare correttamente ad alte velocità, durante le fasi di flussaggio, nella zona di funzionamento a flusso indebolito e intorno allo zero [4-5]. I vantaggi nell’utilizzo del sensorless sono una maggiore affidabilità dell’azionamento elettrico e minori costi.
È possibile implementare i software di controllo generati su microprocessori a basso costo per realizzare prototipi industriali.

 

Bibliografia

[1] F. Cupertino, G. L. Cascella, L. Salvatore, N. Salvatore, “A Simple Stator Flux Oriented Induction Motor Control”, EPE Journal (E186344), ISSN 0939-8368, vol. 15, n° 3, July-Sep., 2005, pp. 19-27.


[2] F. Cupertino, N. Salvatore, G. L. Cascella, “Dynamic-Performance Comparison of IRFO and SFO-SM Controlled Drives in Field-Weakening Region using Variable-Saturation Regulators”, EPE Journal, Vol. 16, N. 3, pp. 36-43, Sept. 2006.


[3] N. Salvatore, G. L. Cascella, A. Dell’Aquila, S. Stasi “Stator Flux Oriented Control of Induction Motors using Variable-Saturation Regulators”, on Proc. of SPEEDAM 2008 - International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion ISCHIA (Italy) - June 11-13, 2008, ISBN: 978-1-4244-1664-6, IEEE Catalog Number: CFP0848A-CDR, pp. 96-100.


[4] N. Salvatore, G. L. Cascella, S. Stasi and D. Cascella “Stator Flux Oriented Sliding Mode Control of Sensorless Induction Motor Drives by Kalman Filter”, on Proc. of IECON 2007, 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, November 5-8, 2007, The Grand Hotel, Taipei, Taiwan, ISBN: 1-4244-0783-4, ISSN: 1553-572X, IEEE Catalog Number: 07CH37855D, pp. 956-961.


[5] N. Salvatore, G.L. Cascella, S. Stasi, D. Cascella “Sensorless Stator Flux Oriented Control of IMs using a new Delayed-State KF-based Algorithm”, on Proc. of PESC 2008, The 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference, June 15-19, 2008 Island of Rhodes, Greece, ISBN: 978-1-4244-1668-4, IEEE Catalog Number: CFP08POE-CDR, pp. 37-42.


[6] N. Salvatore, C. Gerada, G. L. Cascella, M. Sumner “Transient Torque Response Improvement in presence of Cross Saturation due to Skewing of Rotor Slots in Induction Motors” on Proc. of SPEEDAM SYMPOSIUM ‘06, Taormina, Italy, 23-26 May, 2006, ISBN: 1-4244-0194-1.


[7] N. Salvatore, G.L. Cascella, D. Cascella, S. Stasi “Improvement of Indirect Rotor Flux Orientation Control of Induction Motors with Skewed Rotor Bars”, on Proc. of IEEE IECON 2006, the 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society Conservatoire National des Arts & Métiers – Paris - FRANCE November 7–10, 2006, IEEE Catalog Number: 06CH37763C, ISBN: 1-4244-0136-4, Library of Congress: 1553-572X, pp. 1487-1492.


[8] N. Salvatore, G.L. Cascella, A. Caponio, S. Stasi, F. Neri “Optimization of DSKF-based algorithm for Sensorless SFO-SM Control of IMs using Differential Evolution-strategy” accettato all’ICEM’08 - XVIII International Conference on Electrical Machines, Vilamoura (Algarve), Portugal, 6th-9th September 2008.


[9] N. Salvatore, G.L. Cascella, A. Caponio, S. Stasi, F. Neri “Optimization of DSKF-based algorithm for Sensorless SFO Control of IMs using Differential Evolution-strategy” accettato alla The 34th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2008), Orlando, Florida, USA, 10-13 November 2008.

 

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