Robust hybrid control based on feedback linearization and field-oriented controls of induction motor

• Autorzy: Barazane L. , Larbes C. , Boucherit M.S. , Ouiguini R.

Warianty tytułu

PL

Elastyczne hybrydowe sterowanie silnika indukcyjnego polowo zorientowane i ze zlinearyzowanym sprzężeniem zwrotnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

During the last decades pulse width modulation (PWM) voltage source inverter fed induction motor based drives have improved in many aspects and arc becoming a real alternative to DC drives. In order to obtain high performance speed response, field oriented control techniques are usually used to control the torque and the flux separately as in DC motors. However, it is well known that these methods suffer from the sensitivity to parameter variations and from the coupling problem between the torque and the flux variables when the flux changes. To try to solve the above problems an approach to the field oriented control is presented in this paper. It is based on the association of the feedback linearization control (FLC) with the field-oriented control (FOC) resulting in a hybrid system. The FLC is applied in the rotating field reference frame and with an adequate choice of the output variables a total linearization is obtained and the decoupling is maintained for the whole range of the rotating speed whatever the operating modes. Sliding mode regulators are used here to solve the problem of sensitivity to parameter variations and to external disturbances. A new smooth piecewise function is given to reduce the problem of chattering, which is inherent in sliding mode controllers. Furthermore, since the rotor fluxes components are not usually measurable, a closed-loop observer is derived to estimate these latters and the speed of the motor. The paper describes the different steps of the design of this control technique and gives both the theoretical analyses as well as the simulation results. These latters revealed very interesting features and showed that this method can be an alternative to the conventional FOC.

PL

W ostatnich dziesięcioleciach napędy z silnikami indukcyjnymi zasilanymi z inwertorów napięciowych z modulacją szerokości impulsów PWM zostały bardzo udoskonalone i stały się konkurencyjne do napędów z silnikami prądu stałego. Dla uzyskania dokładnej regulacji prędkości wykorzystuje się zazwyczaj sterowanie polowo zorientowane w celu niezależnej regulacji momentu i strumienia, jak w silnikach prądu stałego. Wiadomo jednak, że takie sterowanie jest czułe na zmiany parametrów i że zmiany strumienia pociągają za sobą zmiany momentu. Dla rozwiązania tego problemu w artykule zaprezentowano nowe podejście do sterowania polowo zorientowanego. Polega ono na połączeniu sterowania ze zlinearyzowanym sprzężeniem zwrotnym (FLC -feedback linearization control) ze sterowaniem polowo zorientowanym (FOC-field-oriented control) w system hybrydowy. FLC jest zastosowane w odniesieniu do pola wirującego i przy odpowiednim doborze zmiennych wyjściowych uzyskuje się całkowitą linearyzację i odsprzężenie momentu i strumienia w całym zakresie prędkości obrotowej dla dowolnego rodzaju pracy. Dla rozwiązania problemu czułości napędu na zmiany wartości parametrów i na zakłócenia zewnętrzne wykorzystano regulatory do sterowania z ruchem ślizgowym. Wprowadzono nową gładką funkcję odcinkową dla zredukowania pulsacji towarzyszących zastosowaniu takich regulatorów. Ponadto, ponieważ w praktyce składowe strumienia rotora nie są przeważnie mierzalne, wprowadzono obwody estymatorów pozwalających na określenie tych wartości i wartości prędkości obrotowej. Artykuł opisuje poszczególne stopnie projektowania tej techniki sterowania i przedstawia wyniki analizy teoretycznej i badań symulacyjnych. Badania te uwidaczniają bardzo interesujące właściwości metody i wskazują, że może być ona zastosowana zamiast konwencjonalnej POC.

Słowa kluczowe

EN

field-oriented control; feedback linearization control; sliding mode control; pulse width modulation (PWM); induction motors

PL

sterowanie hybrydowe; silniki indukcyjne; sterowanie polowo zorientowane

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 52, nr 2
• Strony: 115--135
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Barazane L.

• Laboratoire de Commande de Processus, Ecole Nationale Polytechnique, Algiers, Algeria

autor

Larbes C.

• Laboratoire de Commande de Processus, Ecole Nationale Polytechnique, Algiers, Algeria

autor

Boucherit M.S.

• Laboratoire de Commande de Processus, Ecole Nationale Polytechnique, Algiers, Algeria

autor

Ouiguini R.

• Laboratoire de Robotique et d'Intelligence Artificielle, Centre de Developpement et des Technologies Avancees, Algeria

Bibliografia

• 1. Bose B. K.: Technology Trends in Microcomputer Control of Electrical Machines. IEEE. Trans. Ind. Electron, Vol. 35, No 1, Feb. 1988, pp. 160-177.
• 2. Blaschke F.: The principle of field orientation as applied to the new transvector. Siemens review, Vol. 34, May 1972, pp. 217-222.
• 3. Vas P.: Vector control of AC machines. Oxford University Press, New York, 1990.
• 4. Barazane L.: Commande vectorielle d'un moteur Asynchrone alimente en courant. These de Magister, ENP, Alger, Algerie, 1993.
• 5. Barazane L.,Hemici B.: Commande d'un moteur Asynchrone a flux oriente par onduleur de courant. JEPCM'91, ENP, Alger, Algerie, 1991.
• 6. Barazane L., Hemici B.: Etude de l' influence de la constante de temps rotorique et de la saturation sur la commande vectorielle de la machine asynchrone alimentee en courant. Third Intern. Conf. on Applied Math. & Engin., CIMASI'2000, Casablanca, Maroc, 2000.
• 7. Krzemiński Z.: Multi-scalar models of an induction motor for control system synthesis. Scienta Electrica, 33(3), 1987, pp. 9-22.
• 8. Bodson M., Chiason J., Novotnak R.: High performance of induction motor control via input-output linearization. IEEE Control System, August 1994, pp. 25-33.
• 9. Marino R., Peresada S., Valigi P.: Adaptive partial feedback linearization of induction motors. Proc. 29th Conf. Decision and Control, Honolulu, Hawai, 1990, pp. 3313-3318.
• 10. Marino R., Valigi P.: Nonlinear control of induction motors: a simulation study. European Control Conference, Grenoble, France, 1991, pp. 1057-1062.
• 11. Sabanovic A., Bilalovic F.: Sliding mode control of AC drives. IEEE Trans. Ind. Applicat., Vol. 25, Jan./Feb. 1989, pp. 60-75.
• 12. Marino R., Peresada S., Tomei P.: Adaptive output feedback control of currert-fed induction motors with uncertain rotor resistance and load torque. Automatica, Vol. 34, No 5, 1998.
• 13. Kazmierkowski M. P., Sobczuk D. L.: Sliding mode feedback linearized control of PWM inverter-fed induction motor. Proc.IEEE/IECON'96, Taipei, 1996, pp. 244-249.
• 14. Kazmierkowski M. P.: Control Philosophies of PWM inverter-fed induction motor, Plenary Speech in the IEEE-IECON Proc., Vol. 1, 1997, pp. 16-26.
• 15. Slotine J. J., L i W.: Applied nonlinear control. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1991.
• 16. Utkin V. I.: Sliding mode control and optimization. Springer-Verlag, Berlin, 1992.
• 17. Utkin V. I.: Sliding mode control design. Principles and application to electrical drives. IEEE Trans. Ind. Electron., 1993, pp. 23-26.
• 18. Mahmoudi M. O., Madani N., Benkhoris N. F., Boudjema F.: Cascade sliding mode control of field-oriented induction machine drive. Eur. Phys. J. AP7, 1999, pp. 217-225.
• 19. Barazane L., L arbes C., Ouiguini R., Sellami Y.: Commande hybride, linearisante et a structures variables d'un moteur asynchrone. ICEE'2000, Algiers, 4-6 Nov. 2000.
• 20. Barazane L., Sellami Y., L arbes C., Ouiguini R.: Commande hybride, linearisante et a structures variables d'un moteur asynchrone alimente par un onduleur MLI a hysteresis des courants redresses. ICEL'2000, Algiers, 15-17 Nov. 2000.
• 21. Bartolini G., Marchesoni M., Pisu P., Usai E.: Chattering reduction and robust position control in induction motor with second-order VSS. Int. Journal of Systems Science. Vol. 29, No 1, 1998, pp. 1-12.
• 22. Park M. H., Kim K. S.: Chattering reduction in the position control of induction motor using the sliding mode. IEEE Trans. PE-6, 1991, pp. 317-325.
• 23. Sira-Ramirez H.: A geometrie approach to pulse-width-modulated control design. Proc . 26 th lEEE Conf. Decision and Control, Los Angeles, CA, Dec. 1987.
• 24.Trzynadlowski A. M.: The field-orientation principle in control of induction motor. KIuwer Academic Publishers, 1994.