Optimal Control of Synchronous Motor Drives

Ing. Antonín GLAC

Disertační práce

Abstract:

The field-oriented control structure for synchronous drives is well-known. However, incorporating optimal control algorithms could increase efficiency and drive performance. According to the chosen optimal law, four topics were investigated in the thesis. Optimal reference current generation converts reference torque value to reference current component values to maximize the machine's efficiency. The control algorithm based on quadrics, including all machine parameters, was extended to use time-varying parameters. For applications that require fast controller response, the Time-optimal control was proposed. A new algorithm replaces the original PI controllers to achieve the reference current values in minimum time. An existing approach that neglected stator resistance was modified to consider resistance and different stator inductances in each axis. Optimal control methods are dependent on the machine parameters. Various offline and online parameter identification methods were implemented and tested on the experimental drive. A method for torque ripple minimization was proposed. The main challenge was the measured signal filtering and the reference compensation current generation. The method is based on the feedback control of torque ripple extracted from the torque or position sensor.

Abstract:

Vektorové řízení pro pohony se synchronními stroji je obecně známé. Přidání algoritmů optimálního řízení může zvýšit účinnost nebo zlepšit vlastnosti pohonu. Čtyři témata jsou zkoumána v rámci této disertace v závislosti na zvoleném kritériu optimalizace. Generování optimální proudové reference slouží k převodu požadované hodnoty momentu na požadované složky proudu za účelem zvýšení účinnosti pohonu. Řídicí algoritmus založený na řešení rovnic 4. řádu, který zahrnuje všechny parametry stroje byl rozšířen pro použití časově proměnných parametrů. Pro aplikace s požadavkem na vysokou dynamiku byl navržen algoritmus časově optimálního řízení. Nový blok řízení nahrazuje původní PI regulátory, aby byl požadovaný proud dosažen v nejkratším možném čase. Existující přístupy které zanedbávaly statorový odpor byly upraveny tak, aby zahrnovaly vliv statorového odporu i rozdílných indukčností v jednotlivých osách. Optimální řízení je závislé na parametrech stroje. Několik algoritmů pro offline i online identifikaci parametrů bylo implementováno a testováno na experimentálním pohonu. Metoda pro minimalizaci zvlnění momentu stroje byla představena. Hlavním úkolem bylo vhodné filtrování měřeného signálu a generování požadavku na kompenzační proud. Metoda je založena na zpětné vazbě od čidla momentu nebo polohy.

Keywords

DFT, Toková mapa, FOC, IPMSM, Optimální řízení, Generování optimální proudové reference, MTPA, MTPC, Identifikace parametrů, RLS, SOGI, Časově optimální řízení, Minimalizace zvlnění momentu

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 27. 2. 2025

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Prof. Ing. Zdeněk Peroutka, Ph.D.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta elektrotechnická

Doktorský studijní program / obor:
Elektrotechnika a informační technologie / Elektrotechnika a informační technologie