Model predictive current control of switched reluctance motor with inductance auto-calibration

The thesis is composed of three papers, which investigate the application of Model Predictive Controller (MPC) for current control of Switched Reluctance Motor (SRM). Since the conventional hysteresis current control method is not suitable for high power SRM drive system with low inductance and limited switching frequency, MPC is a promising alternative approach for this application. The proposed MPC can cope with the measurement noise as well as uncertainties within the machine inductance profile. In the first paper, a MPC current control method for Double-Stator Switched Reluctance Motor (DSSRM) drives is presented. A direct adaptive estimator is incorporated to follow the inductance variations in a DSSRM. In the second paper, the Linear Quadratic (LQ) form and dynamic programming recursion for MPC are analyzed, afterwards the unconstrained MPC solution for stochastic SRM model is derived. The Kalman filter is employed to reduce the variance of measurement noises. Based on Recursive Linear-Square (RLS) estimation, the inductance profile is calibrated dynamically. In the third paper, a simplified recursive MPC current control algorithm for SRM is applied for embedded implementation. A novel auto-calibration method for inductance surface estimation is developed to improve current control performance of SRM drive in statistic terms. --Abstract, page iv

MNLR and ANFIS Based Inductance Profile Estimation for Switched Reluctance Motor

This chapter aims in presenting the methods for the accurate estimation of highly non linear phase inductance profile of a switched reluctance motor (SRM). The magnetization characteristics of a test SRM is derived from the SRDaS (Switched Reluctance Design and Simulation) simulation software. Statistical interpolation based regression analysis and Artificial Intelligence (AI) techniques are used for developing the computationally efficient inductance model. Multi Variate Non linear Regression (MVNLR) from the class of regression analysis and Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) under the class of AI are implemented and tested on the simulated data. Non linear Inductance profile L(I,θ) of SRM is successfully estimated for the complete working range of phase currents (Iph). At each Iph, L(I,θ) values are estimated and presented for one cycle of rotor position (θ). Estimated inductance profile based on the two proposed methods is observed to be in excellent correlation with the true value of data

Magnetic Material Modelling of Electrical Machines

The need for electromechanical energy conversion that takes place in electric motors, generators, and actuators is an important aspect associated with current development. The efficiency and effectiveness of the conversion process depends on both the design of the devices and the materials used in those devices. In this context, this book addresses important aspects of electrical machines, namely their materials, design, and optimization. It is essential for the design process of electrical machines to be carried out through extensive numerical field computations. Thus, the reprint also focuses on the accuracy of these computations, as well as the quality of the material models that are adopted. Another aspect of interest is the modeling of properties such as hysteresis, alternating and rotating losses and demagnetization. In addition, the characterization of materials and their dependence on mechanical quantities such as stresses and temperature are also considered. The reprint also addresses another aspect that needs to be considered for the development of the optimal global system in some applications, which is the case of drives that are associated with electrical machines

Tolerância a Falhas em Motores de Relutância Variável Comutados

Tese de doutoramento em Engenharia Electrotécnica, na Especialidade de Sistemas de Energia, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraA tolerância a falhas, em acionamentos elétricos, constitui uma característica de extrema relevância porque permite manter a máquina elétrica em funcionamento, apesar da ocorrência de uma avaria. O conversor de potência tem merecido uma atenção acrescida por ser o elemento do acionamento de maior vulnerabilidade. O presente trabalho centra-se essencialmente na tolerância a falhas em motores de relutância variável comutados (MRVC), dando-se ênfase às avarias de circuito aberto e de curto-circuito nos interruptores de potência, por serem o tipo de avarias mais comum. Neste contexto, são apresentados dois novos métodos de diagnóstico de avarias distintos, a serem utilizados em diferentes condições de controlo da excitação das fases, considerando-se as hipóteses de controlo em malha aberta e em malha fechada, procurando-se não somente detetar a avaria como também localizá-la e, sempre que possível, identificar o elemento em avaria. Os métodos de diagnóstico de avarias desenvolvidos destacam-se dos métodos de diagnóstico propostos na literatura porque atuam de modo independente das condições de funcionamento e também porque não utilizam informação dada por sensores de tensão. As soluções desenvolvidas procuraram não aumentar de forma significativa nem a complexidade nem o custo do sistema, pelo que os métodos propostos baseiam-se maioritariamente nas variáveis usadas pelo controlador principal. Com o objetivo de manter todas as fases da máquina em funcionamento, após a ocorrência de uma avaria de circuito-aberto, apresenta-se um conversor de potência tolerante a falhas que, ao contrário dos conversores tolerantes propostos na literatura, não assenta na redundância de elementos de potência e baseia-se no conversor assimétrico de meia ponte, comummente utilizado em acionamentos baseados em MRVC. A reconfiguração da topologia do conversor, numa situação pós-falha, não implica a alteração do conversor original, sendo apenas necessário proceder-se a uma ligação apropriada, externa ao conversor assimétrico de meia ponte. Por fim, são sugeridas alterações na estratégia de controlo, numa situação de pós-falha quando se adota o conversor tolerante a falhas proposto, que visam a melhoria do desempenho da máquina mitigando os efeitos causados pela avaria. Numa fase inicial da dissertação apresentam-se os conceitos mais relevantes no que diz respeito às características de funcionamento de um acionamento baseado num MRVC, de modo a fundamentar os estudos e as análises teóricas realizadas. A análise apresentada do comportamento dinâmico do MRVC em situações de funcionamento normal e em avaria serviu de base de estudo preponderante no desenvolvimento de soluções de diagnóstico de avarias assim como de estratégias de controlo tolerante a falhas. Esta análise é sustentada em resultados de simulação sendo complementada com resultados experimentais. A validação dos métodos de diagnóstico de avarias desenvolvidos assim como a aferição da pertinência do conversor tolerante a falhas proposto e das estratégias de controlo tolerantes sugeridas é estabelecida através de resultados obtidos quer por simulação computacional quer por ensaios experimentais

スイッチトリラクタンスモータのモデリングと制御に関する統一理論の構築

芝浦工業大学201