Simplified model of Switched Reluctance Motor for real-time calculations

• Autorzy: Fabiański B. , Zawirski K.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.07.03

Warianty tytułu

PL

Model matematyczny silnika reluktancyjnego przełączalnego przeznaczony do obliczeń w czasie rzeczywistym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the paper is to show a new approach for three phase, 12/8 poles SRM modeling. It was assumed that the model need to fulfill a general principles of electromagnetic energy conversion, has simple structure for fast computation and has possibility to invert for control system synthesis. The main idea bases on the replacing the non-linear flux linkage function of two variables on the product of two nonlinear functions of one variable. The analytical basis and corresponding formulas are shown in details. Two different approaches for derivation of the electromagnetic torque generation formulas are presented. The motor model implemented in the Matlab/Simulink packet is described. Simulation results with the experimental waveforms are compared what confirmed agreement of model with real object. Comparison bases on the current waveforms of three phases in selected operation points. The paper presents the way of conversion of nonlinearity from 2D arrays to the analytical form of approximated functions with only 4 parameters. Presented in the article simple, nonlinear model of SRM gives an opportunity to use in real time control systems and is dedicated for model adaptive reference structures (MRAS). The MRAS structure can be evaluated for fault detection system (FDS) and fault tolerant control (FTC) purposes.

PL

W artykule przedstawiono oryginalne podejście do modelowania silnika reluktancyjnego przełączalnego. W przykładzie wzięto pod uwagę popularną konstrukcję trójpasmową o strukturze biegunów 12/8. Założono zgodność z zasadami przetwarzania energii elektromagnetycznej, prostą konstrukcję oraz zdolność do odwrócenia na potrzeby syntezy toru sterowania. Idea bazuje na zastąpieniu nieliniowej, sprzężonej funkcji dwóch zmiennych strumienia magnetycznego na wynik mnożenia dwóch funkcji jednej zmiennej. Przedstawiono podstawy analityczne idei oraz jej szczegółowe wyprowadzenia. Opisano zaimplementowany model w pakiecie Matlab/Simulink oraz wyniki badania jego zbieżności z eksperymentem w wybranych punktach pracy. Funkcje nieliniowe stablicowane w procesie wstępnej identyfikacji maszyny zostają zastąpione aproksymacjami analitycznymi z sumaryczną liczbą tylko czterech parametrów. Taki analityczny model daje się łatwo odwrócić, jego obliczenia są efektywne, a same parametry dają się stroić w procesie adaptacji do modelu rzeczywistego. Przedstawiona idea zastosowana w strukturze z modelem referencyjnem pozwala na rozwinięcie o blok funkcjonalny detekcji uszkodzeń (ang. Fault Detection System) oraz samego sterownia odpornego na awarię (ang. Fault Tolerant Control).

Słowa kluczowe

EN

modeling; SRM; switched reluctance motor; electric drive; nonlinear approximation; real-time system

PL

modelowanie; SRM; silnik reluktancyjny przełączalny; napęd elektryczny; aproksymacja nieliniowa; system czasu rzeczywistego

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 7
• Strony: 19--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Fabiański B.

• Institute of Control and Information Engineering, Poznan University of Technology, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznan, Poland

autor

Zawirski K.

• Institute of Control and Information Engineering, Poznan University of Technology, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznan, Poland

Bibliografia

• [1] Deskur, J., Maciejuk, A.: Modelling of switched reluctance motor drive, XIX Symposium on Electromagnetic Phenomena in Nonlinear Circuits (EPNC) – Proceedings of, Maribor, 28-30 June, pp. 159-60, 2006
• [2] Krishnan R.: Switched reluctance motor drives. Modeling, Simulation, Analysis, Design, and Applications, CRC Press Boca Raton, 2001
• [3] Husain I: Minimization of Torque Ripple in SRM Drives, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 49, no. 1, 2002
• [4] Fabianski B., Zawirski K.: Switched Reluctance Motor Drive Embedded Control System, Mechatronics 2013 – Recent Technological and Scientific Advances, Brezina, Tomas, Jablonski, Ryszard (Eds.), Springer Publisher Monography, pp. 339-346, 2014
• [5] Fenerc-Oglu A., Kurt U.: Three dimensional magnetostatic analysis of a 3-phase, 12/8 pole 250W switched reluctance motor used in a washing machine drive, [web page] www.emo.org.tr/ekler/0112e4e12aa494d_ek.pdf, accessed on Feb., 2016
• [6] Miller TJE., Glinka M., McGilp M., Cossar C., Gallegos G., Ione D., Olaru M.: Ultra-fast model of the switched reluctance motor, Industry Applications Conference, 1998. Thirty-Third IAS Annual Meeting, the 1998 IEEE , pp.319 - 326 vol.1, 1998
• [7] Michaelides A.M., Pollock C.: Modelling and design of switched reluctance motors with two phases simultaneously excited Electric Power Applications, IEE Proceedings, vol.143, Iss.5, pp. 361-370, 1996
• [8] Mir S., Husain I., Elbuluk, M.E.: Switched reluctance motor modeling with on-line parameter identification Industry Applications, IEEE Transactions on, vol.34,Iss.4,pp.776-783,1998
• [9] Saha S., Ochiai K., Kosaka T., Matsui N.: A new modelling approach for switched reluctance motors, Power Electronic Drives and Energy Systems for Industrial Growth, Proceedings. 1998 International Conference on, v.2, pp.965-971, 1998
• [10] Cai Y.,Yang Q., Wen Y., Su L.: Nonlinear modeling and simulating of switched reluctance motor and its drive, Computer and Automation Engineering (ICCAE), 2010 The 2nd International Conference on, v.3, pp.465-469, 2010
• [11] Ruba M., Szabo L., Strete L., Viorel A.: Study on Fault Tolerant Switched Reluctance Machines, Electrical Machines, International Conference on, paper ID:1200, 2008
• [12] Lachman T., Mohamad T.R., Christopher P.T.: Dynamic modelling of a 3-phase 6:4 switched reluctance motors using fuzzy logic technique, TENCON 2004. 2004 IEEE Region 10 Conference, vol.C, pp.452-455, 2004
• [13] Oguz U.: A nonlinear full model of switched reluctance motor with artificial neural network, Energy Conversion and Management, vol.50, pp.2413-2421, 2009

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.