Bezczujnikowe sterowanie wolnoobrotowym silnikiem PMSM z kompensacją momentu zaczepowego

• Autorzy: Guziński J. , Łuksza K. , Morawiec M. , Strankowski P. , Krzemiński Z.

Identyfikatory

DOI

10.32016/1.60.05

Warianty tytułu

EN

Sensorless low speed PMSM control with cogging torque compensation

• Konferencja: XXVIII cykl seminarów zorganizowanych przez PTETiS Oddział w Gdańsku ZASTOSOWANIE KOMPUTERÓW W NAUCE I TECHNICE 2018 (XXVIII; 2018; Gdańsk, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono propozycję rozwiązania problemu bezczujnikowego sterowania wolnoobrotową maszyną synchroniczną z magnesami trwałymi PMSM. Przedstawiono silnik PMSM, który zastosowano w stanowisku badawczym. Omówiono problem występowania tętnień momentu napędowego wynikający głównie ze znacznego momentu zaczepowego. Pokazano rozwiązanie kompensujące tętnienia momentu napędowego w silniku PMSM. Przygotowano procedurę startową układu regulacji prędkości pozwalającą na uruchomienie napędu bez czujników prędkości i położenia. Do sterowania silnikiem użyto metodę sterowania polowo zorientowanego z regulatorami PI prądów stojana w osiach dq. Przedstawiono zależności nowej, prostszej wersji obserwatora stanu. Pokazano wyniki eksperymentów potwierdzających poprawne działanie napędu.

EN

The paper presents a possible implementation of a sensorless low speed permanent magnet synchronous machine (PMSM) control. The test setup for this purpose consists of an individual and programmable back-to-back voltage inverter and a PMSM with nominal power of 12 kW and nominal speed of 600 rpm. The impact of cogging torque oscillations is identified, which cause significant problems in the implementation of a Field Oriented Control for low speed PMSM. In order to handle this torque oscillation problem a compensation method is proposed as well. A start-up procedure for the control system was implemented that allows a motor start without any rotor angle and speed sensors. The presented control method is based on the Field Oriented Control with PI stator current controllers in dq axes. Furthermore, the equations of the applied state observer are shown. The observer estimates all of the control variables necessary using phase current measurement and the information of the desired stator voltage. All theoretical assumptions are verified with experimental results, which show the proper operation of the low speed PMSM drive.

Słowa kluczowe

PL

silnik synchroniczny PMSM; obserwator stanu; sterowanie polowo zorientowane; moment zaczepowy

EN

permanent magnet synchronous motor; torque motor; sensorless control; cogging torque

• Wydawca: Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 60
• Strony: 27--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Guziński J.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki tel.: [phone]

autor

Łuksza K.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki

autor

Morawiec M.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki tel.: [phone]

autor

Strankowski P.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki tel.: [phone]

autor

Krzemiński Z.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki tel.: [phone]

Bibliografia

• 1. Zawirski K.: Sterowanie silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2005.
• 2. Sieklucki G., i inni: Modele i zasady sterowania napędami elektrycznymi, Wyd. AGH, Kraków 2014.
• 3. Brock S.: Wpływ tętnień momentu wytwarzanego przez silnik synchroniczny o magnesach trwałych na dokładność pracy napędu bezpośredniego, Politechnika Poznańska, Elektryka 2/2012, s. 45-54.
• 4. Pajchrowski T., Wójcik A.” Kompensacja momentu zaczepowego w napędzie z silnikiem PMSM z wykorzystaniem sterowania z uczeniem iteracyjnym, XIII Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym SENE 2017, Łódź, 22-24 listopada 2017.
• 5. Morawiec Marcin, Krzemiński Zbigniew, Lewicki Arkadiusz, Sterowanie silnikiem o magnesach trwałych PMSM z obserwatorem prędkości kątowej wirnika, Przegląd Elektrotechniczny, nr 8/2009.
• 6. Li Yongdong, Zhu Hao, Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor – A Survey, IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), September 3-5, 2008, Harbin, China.
• 7. Moravec Jan, Torque ripple of permanent magnet synchronous torque motor, konferencja Studentské tvůrčí činnosti, STČ 2010.
• 8. Chun-Yu Hsiao, Sheng-Nian Yeh, Jonq-Chin Hwang: A novel cogging torque simulation method for permanentmagnet synchronous machines, Energies, Nr 4, 2011.
• 9. Keyhani A., Stunder C., Sebastian T., Murthy S. K., Study of Cogging Torque in Permanent Magnet Machines, Electric Machines and Power Systems, 1999.
• 10. Holtz J., Springob L.: Identification and compensation of torque ripple in high-precision permanent magnet motor drives, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1996, Vol. 43, Nr 2, p. 309–320.
• 11. Brock S., Deskur J.: A practical approach to compensation of torque ripple in high precision permanent magnet motor drives. 3th International Conference on Electrical Drives and Power Electronics, Dubrovnik, Croatia 28.IX 2005.
• 12. Panda S.K., Xu J.-X., Qian W.: Review of torque ripple minimization in PM synchronous motor drives, IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2008.
• 13. Grcar B., Cafuta P., Stumberger G. Stanković A.M.: Control-Based Reduction of Pulsating Torque for PMAC Machines, IEEE Transaction on Energy Conversion, Vol.17, Nr 2, June 2002, s.169-175.
• 14. Studer C., Keyhani A., Sebastian T. Murthy S.K.: Study of cogging torque in permanent magnet machines, Thirty-Second IAS Annual Meeting, IAS '97, IEEE Industry Applications Conference, New Orleans, USA
• 15. Frameless brushless motors for direct drive. Alxion STK, http://www.alxion.com/products/stk-motors/.
• 16. Chen Ning, Wang Zhihong, Yu Shouyi, Gui Weihua, Guo Yuqian: A New Starting Method of Sensorless PMSM Motors Based on STM32F103B, 29th Chinese Control Conference July 29-31, 2010, Beijing, Chiny.
• 17. Toshifumi Yamakawa, Shinji Wakao, Keiichiro Kondo, Takashi Yoneyama, Shun Taniguchi, Shinsuke Mochizuki: Starting Procedure of Rotation Sensorless PMSM at Coasting Condition for Railway Vehicle Traction, 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electrical Engineering in Japan, Vol. 169, No. 2, 2009, s. 56-63.
• 18. Lipeng Wang, Huaguang Zhang and Xiuchong Liu: Sliding mode variable structure i/o feedback linearization design for the speed control of pmsm with load torque observer, ICIC International, Vol. 9, No. 8, August 2013.
• 19. Krzemiński Z.: Obserwator prędkości maszyny synchronicznej z zagłębionymi magnesami trwałymi, Przegląd Elektrotechniczny, R. 86, Nr 2, 2010.
• 20. Krzemiński Z.: Obserwatory prędkości dla bezczujnikowego sterowania maszynami prądu przemiennego, Przegląd Elektrotechniczny, R. 90, Nr 5, 2014.
• 21. Zawada T., Borejko M., Precyzyjne układy napędowe, Elektronika, Nr 1, 2004, s. 16-21.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).