Investigation of frequency controlled sensorless induction motor drives

Abstract

This dissertation investigates sensorless variable speed drives dynamic models and their simulation results. The thesis layout consists of introduction, three main chapters, conclusions, bibliography and list of publications. The introduction reveals the investigation problem, importance of the work and the object of research as well as describes the purpose and tasks of the paper, research methodology, scientific novelty, the practical significance of obtained results and defended statements. The author’s publications on the subject of the defended dissertation, offering the material of made presentations in conferences and the structure of the dissertation are presented at the end of introduction. The first chapter analyses the references on mathematical models of variable frequency drives. Reference frames of induction motors and their transformation are analyzed. Review of motor control methods, sensorless electric drives development and relevance, fuzzy logic control method are presented. Problems of real time controlled electromechanical systems are summarized. At the end of the chapter, conclusions and tasks for the dissertation are formulated. The second chapter is dedicated for methodology and tools to develop models of sensorless frequency controlled induction motor drives. The mathematical and computer models of speed observer are developed. Tools for synthesis of fuzzy logic controller and control of electromechanical system in real time are presented. In the third chapter created computer models and results of experimental investigation are presented. The induction motor drive system with nonlinear fuzzy and proportional integral derivative (PID) controller, which regulates motor speed in all operating speed range, is created and analyzed. All simulations are done at variable speed and load setting. Results and models accuracy are verified using in real time controlled experimental stand. The results of the work were presented in ten scientific articles: three –published in journals quoted in Thomson Reuters Web of Science databases, one – in periodic Lithuanian journals, six – in referred international conference materials. Nine reports were presented on the subject in conferences at national and international levels.

Disertacijoje nagrinėjami bejutiklių asinchroninių dažninių elektros pavarų dinamiai modeliai ir pereinamieji vyksmai. Disertaciją sudaro įvadas, trys pagrindiniai skyriai, išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašas. Įvadiniame skyriuje formuluojama tiriamoji problema, darbo aktualumas, tyrimų objektas, darbo tikslas ir uždaviniai, tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos autoriaus paskelbtos publikacijos disertacijos tema ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje pateikta dažninių elektros pavarų matematinių modelių analizinė literatūros apžvalga. Išanalizuotos asinchroninio variklio koordinačių sistemos ir jų transformavimas. Apžvelgta: variklio valdymo metodai, bejutiklių pavarų kūrimo ir taikymo aktualumas, aprašytas neraiškiosios logikos reguliatoriaus valdymo principas. Apibendrinta realiuoju laiku valdomų elektromechaninių pavarų kūrimo problematika. Formuluojamos skyriaus išvados ir disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje aprašoma bejutiklių asinchroninių pavarų kompiuterinių modelių sudarymui naudojama metodika ir priemonės. Sudaromas greičio stebiklio matematinis ir kompiuterinis modeliai. Aprašoma neraiškiosios logikos reguliatoriaus sintezė ir elektromechaninės sistemos valdymo realiuoju laiku priemonės. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados. Trečiajame skyriuje pristatomi imitaciniai ir eksperimentiniai tyrimai. Sudaromi bejutiklių elektros pavarų kompiuteriniai modeliai pavaros pereinamiesiems vyksmams tirti. Ištirta netiesinė, su greičio grįžtamuoju ryšiu sistema, kurios valdymui pritaikytas kombinuotas neraiškiosios logikos ir proporcinis integralinis diferencialinis (PID) reguliatorius, kuris veikia visame darbinių greičių diapazone. Bandymai atliekami esant skirtingiems greičio reguliatoriams, skirtingoms apkrovoms bei keičiant greičio nuostato signalą. Atlikta sudarytų dinaminių modelių adekvatumo patikra realiuoju laiku valdomu eksperimentiniu dažninių pavarų stendu. Disertacijos tema paskelbta dešimt mokslinių straipsnių: keturi – periodiniuose recenzuojamuose mokslo leidiniuose; trys – mokslo žurnaluose, įtrauktuose į Thomson Reuters Web of Science duomenų bazę; vienas – Lietuvos mokslo žurnaluose; šeši – kituose tarptautinių ir respublikinių konferencijų leidiniuose. Disertacijos tema perskaityti devyni pranešimai Lietuvos ir tarptautinėse konferencijose.