Enhanced finite-state predictive torque control of induction motor using Space Vector Modulation

• Autorzy: Aberkane Hesna , Sakri Djamel , Rahem Djamel

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.04.07

Warianty tytułu

PL

Ulepszona kontrola momentu obrotowego przewidywania stanu skończonego silnika indukcyjnego przy użyciu Modulacja Wektora Przestrzeni

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper proposes a different strategy of predictive torque control applied to induction motor drive. The classical Direct Torque Control or DTC is wildly widespread in the industry, because of its known advantage like robustness, simplicity and the important one is the minimal torque response time. But, it shows its limitations in terms of torque undulation and variable switching frequency. To improve this classical type of control, two techniques have been introduced. Firstly application of Finite Set Model Predictive Control (FCS-MPTC) which has the advantage of being easy to implement and has a quick dynamic but its switching frequency is inconsistent. Secondly technique it’s based on space vector modulation showed that the PTC-SVM has superior performance especially the constancy of the switching frequency which will decrease the oscillation of electromagnetic torque and stator current and finally improve the THD.

PL

W artykule zaproponowano inną strategię predykcyjnej kontroli momentu obrotowego stosowaną w napędzie silnika indukcyjnego. Klasyczna bezpośrednia kontrola momentu obrotowego lub DTC jest szeroko rozpowszechniona ze względu na jej znane zalety, takie jak solidność, prostota, a najważniejszą z nich jest minimalny czas reakcji na moment obrotowy. Ale pokazuje swoje ograniczenia pod względem falowania momentu obrotowego i zmiennej częstotliwości przełączania. Aby ulepszyć ten klasyczny rodzaj sterowania, wprowadzono dwie techniki. Po pierwsze zastosowanie skończonego sterowania predykcyjnego modelu zbioru skończonego (FCS-MPTC), które ma tę zaletę, że jest łatwe do wdrożenia i ma szybką dynamikę, ale jego częstotliwość przełączania jest niespójna. Po drugie, technika oparta na modulacji wektora przestrzennego wykazała, że PTC-SVM odznacza się doskonałą wydajnością, zwłaszcza stałą częstotliwością przełączania, która zmniejszy oscylacje momentu elektromagnetycznego i prądu stojana, a ostatecznie poprawi THD.

Słowa kluczowe

EN

induction motor; predictive control; pulse width modulation; torque control

PL

silnik indukcyjny; sterowanie predykcyjne; modulacja szerokości impulsu; kontrola momentu obrotowego

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 4
• Strony: 41--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Aberkane Hesna

• Electrical Engineering and Automatic Laboratory ‘LGEA’, Oum El Bouaghi University, Algeria

autor

Sakri Djamel

• Electrical Engineering and Automatic Laboratory ‘LGEA’, Oum El Bouaghi University, Algeria

autor

Rahem Djamel

• Electrical Engineering and Automatic Laboratory ‘LGEA’, Oum El Bouaghi University, Algeria

Bibliografia

• [1] S.A. Zaid, O.A. Mahgoub, K.A. El-Metwally, “Implementation of a new fast direct torque control algorithm for induction motor drives", IET Electr. Power Appl, Vol. 4, Iss. 5, pp. 305– 313, 2010. DOI:10.1049/IET-EPA.2009.0059.
• [2] R. Kumah, R.K. Harish, S.S. Rao, “Predictive torque controlled induction motor drive with reduced torque and flux ripple over DTC” , IEEE,2015. DOI: 978-1-4799-7678.
• [3] M. R. Nikzad, S.O. Ahmadi, B. Asaei, “Improved direct torque control of induction motor with the model predictive solution”, 7th Power Electronics, Drive Systems & Technologies Conference (PEDSTC). Tehran, Iran: IEEE, 2016. ISBN 978- 1-5090-0375-4, DOI: 10.1109/PEDSTC.2016.7556932.
• [4] S. Krim, S. Gdam, A. Mtibaa, M. Mimouni, “Hardware implementation of a predictive DTC-SVM with a sliding mode observer of an induction motor on the FPGA”, Wseas Transactions on Systems and Control, 2015. Vol. 10, E-ISSN: 2224-2856.
• [5] F. Wang, S. Alireza, Z. Chen, Z. Zhang, D.J. Rodriguez, “Finite control set model predictive torque control of induction machine with a robust adaptive observer”, IEEE Transactions on Iindustrial Electronics, 2015. DOI: 10.1109/TIE.2016.2529558.
• [6] M. Habibullah, D. Lu, D. Xiao, M.F. Rahman, “A simplified finite-state predictive direct torque control for induction motor drive”, IEEE Transactions on industrial electronics,2015.DOI: 10.1109/TIE.2016.2519327.
• [7] J. Listwan, K. Pienkowski, “DTC-ST and DTC-SVM Control of five-phase induction motor with MRASCC estimator”, Przegląd Elektrotechniczny, 2016. ISSN 0033-2097, DOI:10.15199/48.2016.11.61.
• [8] C. Lascu, I. Boldea, F. Blaabjerg,“A modified direct torque control for induction motor sensorless drive”, IEEE Transactions on Industry Applications,2000. VOL. 36, Iss. 1, DOI: 0093–9994/00.
• [9] M. Chebaani, M., C. Golea, M.T. Bencheouia, “Implementation of a predictive DTC-SVM of an induction motor”, 4th International Conference on Electrical Engineering (ICEE). Boumerdes, Algeria, 2015. DOI: 10.1109/INTEE.2015.7416733.
• [10] B. Metidji, N.L. Rekioua, S. Bacha, “Low-cost direct torque control algorithm for induction motor without AC phase current sensors”, IEEE Transactions on Power Electronics, 2012.DOI: 0885-8993.
• [11] I.M. Alsofyani, N. Ru, N. Idris, “Simple flux regulation for improving state estimation at very low and zero speed of a speed sensorless direct torque control of induction motor”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 2, Iss. 9, 2015. ISSN 2278 – 8875, DOI: 10.1109/TPEL.2015.2447731.
• [12] C.A. Rojas, J. SILVA, M. Trincado, “Predictive torque and flux control without weighting factors”, IEEE Transactions on Iindustrial Electronics, 2012. VOL. 60, Iss. 2, DOI:0278-0046.
• [13] Y. Zhang, H. Yang, “Torque ripple reduction of model predictive torque control of induction motor drives”, IEEE, 2013. DOI: 978-1-4799-0336-8;
• [14] D. Sharma, V.S. Nandanwar, “Performance of induction motor at low and high speed using model predictive control method”, International Journal of Research in Science & Engineering, 2016. ISSN 2394-8299.
• [15] W. Xie, X. Wang, F. Wang, K. Xu, W. Gerling, M. Lorenz, “Finite control set-model predictive torque control with a deadbeat solution for PMSM drives”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015. DOI:10.1109/TIE.2015.2410767.
• [16] Y. Zhang, H. Yang, “Model predictive torque control of induction motor drives with optimal duty cycle control”, IEEE transactions on power electronics,2014. VOL. 29, Iss. 12, DOI: 10.1109/TPEL.2014.2302838. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 97 NR 4/2021 47
• [17] A.K. Bilhan, S. Sunter, “Comparison of sinusoidal and space vector PWM control techniques for three-level inverter drives”, International Journal of Electronics, Mechanical And Mechatronics Engineering, Vol.6 Num.4, 2016. (1275-1283)
• [18] H. Ziane, J.M.R. Etif, T. Rekioua, “Contrôle DTC à fréquence fixe appliqué à une MSAP avec minimisation des oscillations du couple”, Canadian Journal of Electrical and Computer Engineering ,2008. Vol. 33, Iss. 3/4, pp.183-189, DOI:hal- 00391075.
• [19] J.G. Chaudhari, S.B. Bodkhe, “Performance improvement of direct torque control induction motor drive using space vector modulation technique”, International Journal of Electronics, Electrical and Computational System, 2017. Vol. 6, Iss. 8, ISSN 2348-117X.
• [20] K. Chikh, A. Saad, M. Khafallah, D. Yousfi, F.Z. Tahiri, M. Hasoun. “A constant switching frequency DTC for PMSM using low switching losses SVM an experimental result”, International Journal of Power Electronics and Drive System, 2017. Vol. 8, Iss. 2, ISSN: 2088-8694, DOI: 10.11591
• [21] C. Lascu, S. Jafarzadeh, M.S. Fadali, F. Blaabjerg, “Direct torque control with feedback linearization for induction motor drives”, IEEE Transactions on Power Electronics,2016. VOL. 32, Iss. 3, DOI: 0.1109/TPEL.2016.2564943.
• [22] H. Aberkane, D.Sakri, D.Rahem. “A new predictive torque control approach using space vector modulation for PMSM drive”, 19th International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering (ISEF). Nancy, France, 2019. DOI: 10.1109/ISEF45929.2019.9097060.
• [23] H. Aberkane, D.Sakri, D.Rahem. “Comparative study of different variants of direct torque control applied to induction motor”, The 9th International Renewable Energy Congress, Hammamet, Tunisia, 2018. DOI, 978-979 pp. http://dx.doi.org/10.1109/IREC.2018.8362484

Uwagi

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