MRAS-super twisting sliding modeo observer for speed sensorless vector control of induction motor drive

• Autorzy: Kouriche Lilia , Messlem Youcef

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.04.22

Warianty tytułu

PL

Super skrętny obserwator ślizgowy MRAS do wektorowego sterowania silnikiem indukcyjnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article proposes a high-order super-twisting sliding mode observer associated to MRAS method applied to an induction motor fed by a power voltage source without speed sensor. Based on the vector control principle, high-order super-twisting sliding mode observer in speed loop and flux loop are designed respectively. The super-twisting sliding mode observer is utilised to improve the speed estimation and robustness of motor control systems. Meanwhile, high-order sliding modes are adopted to eliminate the chattering phenomenon at variable state observation. We also present the mechanism of adaptive super-twisting speed and rotor flux observers with the only assumption that from stator voltages and currents are measurable. The objective is to improve the sensorless speed control, the rotor flux control under load torque disturbances, inversion of rotor speed and zero speed operation. The simulation results prove clearly a good robustness against load torque disturbances, the estimated fluxes and the rotor speed converge to their real values. Our study is close to reality; all the simulations are based on real models simulated within the Matlab SymPower System environment in continuous time. To analyze our approach, a prototype is modeled, simulated and can be realized in an experimental test setup

PL

W artykule zaproponowano obserwator super-skrętnego poślizgu wysokiego rzędu, powiązany z metodą MRAS, zastosowany do silnika indukcyjnego zasilanego ze źródła napięcia bez czujnika prędkości. W oparciu o zasadę sterowania wektorowego zaprojektowano odpowiednio obserwator przesuwu super-skrętnego wysokiego rzędu w pętli prędkości i pętli strumienia. Obserwator trybu przesuwu super skręcającego jest wykorzystywany do poprawy szacowania prędkości i odporności systemów sterowania silnikiem. Przedstawiamy również mechanizm adaptacyjnych obserwatorów super-skręcania i strumienia wirnika z jedynym założeniem, że z poziomu stojana mierzalne są napięcia i prądy. Celem jest poprawa bezczujnikowej kontroli prędkości, sterowania strumieniem wirnika pod wpływem zakłóceń momentu obciążenia, inwersji prędkości wirnika i pracy przy zerowej prędkości. Wyniki symulacji wyraźnie dowodzą dobrej odporności na zakłócenia momentu obciążenia, oszacowane strumienie i prędkość wirnika są zbieżne z ich rzeczywistymi wartościami. Nasze badanie jest bliskie rzeczywistości; wszystkie symulacje oparte są na rzeczywistych modelach symulowanych w środowisku Matlab SymPower System w czasie ciągłym. Aby przeanalizować nasze podejście, modeluje się prototyp, przeprowadza symulację i może zostać zrealizowany w eksperymentalnej konfiguracji testowej.

Słowa kluczowe

EN

induction motor drive; super twisting sliding mode-MRAS observer; speed estimation; sensorless; vector control

PL

napęd silnika indukcyjnego; MRAS-obserwator trybu przesuwnego super twisting; sterowanie wektorowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 4
• Strony: 121--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kouriche Lilia

• Laboratory of Electrical Engineering and Plasmas, Department of Electrical Engineering, Faculty of Sciences Applied, University of Tiaret, BP 78 Size Zarroura, Tiaret 14000, Algeria

autor

Messlem Youcef

• Laboratory of Electrical Engineering and Plasmas, Department of Electrical Engineering, Faculty of Sciences Applied, University of Tiaret, BP 78 Size Zarroura, Tiaret 14000, Algeria

Bibliografia

• [1] Agrebi Zorgani Y., Jouili M., Koubaa Y., Boussak M., A Very Low Speed Sensorless Control Induction Motor Drive with Online Rotor Resistance Tuning by using MRAS Scheme, Power Electronics and Drives Volume 4(39), 2019 DOI:10.2478/pead-2018-0021.
• [2] Sedhuraman K., Himavathi S., Muthuramalingam A., Performances Comparison of Neural Architectures for On-Line Speed Estimation in Sensorless IM Drives, World Academy of Science, Engineering and Technology, Iss. 60, pp.1318-1325, Dec 2011.
• [3] Cherifi D., Miloud Y., Online Stator and Rotor Resistance Estimation Scheme Using Sliding Mode Observer for Indirect Vector Controlled Speed Sensorless Induction Motor, American Journal of Computer Science and Technology 2019; 2(1): 1-8 http://www.sciencepublishinggroup.com/j/ajcst doi:10.11648/j.ajcst.20190201.11, ISSN: 2640-0111 (Print); ISSN:2640-012X (Online)
• [4] Huu VO H., Brandstetter P., Cong Tran T., Si Thien Dong C., An Implementation of Rotor Speed Observer for Sensorless Induction Motor Drive in Case of Machine Parameter Uncertainty, Power Engineering and Electrical Engineering Volume: 16 j Number: 4 j 2018 j December
• [5] Ben Regaya C., Farhani F., Zaafouri A., Chaari A., An Adaptive Sliding-Mode Speed Observer for Induction Motor Under Backstepping Control, ICIC Express Letters ICIC International c 2017 ISSN 1881-803X Volume 11, Number 4, April 2017, pp 763-771.
• [6] Zhang Y., Zho J., Zhao Z., Xu W., Dorrell D.G, An Improved Direct Torque Control for Three-Level Inverter-Fed Induction Motor Sensorless Drive”, IEEE T Power Electr, vol. 27, no. 3, pp. 1502-1513, Mar., 2012.
• [7] Horch M., Boumédiène A., Baghli L., Sensorless high-order sliding modes vector control for induction motor drive with a new adaptive speed observer using super-twisting strategy, Int. J. Computer Applications in Technology, Vol. 60, No. 2, 2019, Copyright © 2019 Inderscience Enterprises Ltd, pp 144-153.
• [8] Jafarifar M., Second Order Sliding Mode Observer Using MRAS Theory for Sensorless Control of Multiphase Induction Machine, World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Electrical and Computer Engineering Vol:9, No:2, 2015, pp 237-241.
• [9] Wang H., Ge X., Liu Y.C., Second-Order Sliding-Mode MRAS Observer Based Sensorless Vector Control of Linear Induction Motor Drives for Medium-Low Speed Maglev Applications, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, 0278-0046 (c) 2018 IEEE
• [10] Ghezouani A., Gasbaoui B., Ghouili J., Sliding Mode Observer based MRAS for Sliding Mode DTC of Induction Motor: Electric Vehicle, International Journal on Electrical Engineering and Informatics - Volume 11, Number 3, September 2019, DOI:10.15676/ijeei.2019.11.3.9
• [11] Kumar T., Matani S., Datkhile G., Sensorless Control of 1M using MRAS Strategy and its Closed Loop Stability Analysis, 1st IEEE International Conference on Power Electronics, Intelligent Control and Energy Systems (ICPEICES-2016), 978-1-4673-8587-9/16/$31.00 ©2016 IEEE
• [12] Pham D.C., modeling and simulation of two-level three phase voltage source inverter with voltage drop, Seventh International Conference on Information Science and Technology, Da Nang, Vietenam, april 16-19, 2017
• [13] Sumitra M., Agrawal N., Muley S.P., MRAS based speed sensorless vector control of Induction Motor using Sliding mode Observer, 2019 2nd International Conference on Intelligent Computing, Instrumentation and Control Technologies (ICICICT), 978-1-7281-0283-2/19/$31.00 ©2019 IEEEA
• [14] Wang Y., Deng X., Wu C., A New Method for PI Parameter Adjustment of Induction Motor Based on MRAS, 2019 IEEE 4th Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC 2019), 978-1-7281-1907-6/19/$31.00 ©2019 IEEE, pp 500-504.
• [15] Fereka D., Zerikat M., Belaid A., Chekroun S., Performance improvement of ANFIS with sliding mode based on MRAS sensorless speed controller for induction motor drive, Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, R. 95 NR 12/2019, pp 269-275.
• [16] Bullo D., Ferrara A., Rubagotti M., Sliding mode observers for sensorless control of current-fed induction motors, 2011 American Control Conference on O'Farrell Street, San Francisco, CA, USA June 29 - July 01, 2011, 978-1-4577-0079-8/11/$26.00 ©2011 AACC.
• [17] Kommuri S.K., Kalyana C., Defoort V.M., Soh Y.C., Higher Order Sliding Mode Observer for Speed and Position Estimation in PMSM, Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering Volume 2014, Article ID 589109, 12 pages http://dx.doi.org/10.1155/2014/589109.
• [18] Tulio Angulo M., Roberto V., Serrano C., Estimating rotor parameters in induction motors using high-order sliding mode algorithms, IET Control Theory Appl., 2015, Vol. 9, Iss. 4, pp. 573–578 573, doi: 10.1049/iet-cta.2014.0110.
• [19] Zhan Y., Guan J., Zhao Y., An adaptive second-order sliding mode observer for permanent magnet synchronous motor with an improved phase-locked loop structure considering speed reverse Transactions of the Institute of Measurement and Control 1–14 The Author(s) 2019 Article reuse guidelines: sagepub.com/journals-permissions DOI: 10.1177/0142331219880712journals.sagepub.com/home/tim
• [20] Kamaleshwar R., Prahadeeshwaran A., SrivatsAthindran N., sensorless sliding mode control of svpwm fed induction motor drive using dss speed estimator, Conference: 2017 International Conference on Innovative Research In Electrical Sciences (IICIRES), DOI: 10.1109/IICIRES.2017.8078311, June 2017.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).