Torque-ripple minimization in modular permanent-magnet brushless machines

This paper discusses the suitability of four-phase, five-phase, and six-phase modular machines, for use in applications where servo characteristics and fault tolerance are key requirements. It is shown that an optimum slot number and pole number combination exists, for which excellent servo characteristics could be achieved, under healthy operating conditions, with minimum effects on the power density of the machine. To eliminate torque ripple due to residual cogging and various fault conditions, the paper describes a novel optimal torque control strategy for the modular permanent-magnet machines operating in both constant torque and constant power modes. The proposed control strategy enables ripple-free torque operation to be achieved, while minimizing the copper loss under voltage and current constraints. The utility of the proposed strategy is demonstrated by computer simulations on a four-phase fault-tolerant drive system

Modeling and performance analysis of an adaptive PID speed controller for the BLDC Motor

Brushless Direct Current (BLDC) motor is themost popular useable motor for automation and industry. For good performance of the BLDC motor hunger driving circuit but the driving circuit is costly, complex control mechanism, various parameter dependency and low torque. The Proportional Integral (PI), Proportional Integral Derivative (PID), fuzzy logic, adaptive, Quantity Feedback Theory (QFT), Pulse Width Modulation (PWM) controller are the common types of control method existing for the BLDC motor. This research explores some well-working experiments and identified the PID controller as far more applicable controller. For well efficacious and useful in getting satisfied control performance if the adaptability is implemented. This research proposed a combined method using PID and PID auto tuner, having the ability to improve the system adaptability, given the method named as adaptive PID controller. To verify the performance, MATLAB simulation platform was used, and a benchmark system was developed based on the actual BLDC motor parameters, auxiliary systems, and mathematically solved parameters. All work has done by using MATLAB/Simulink

Определение влияния параметров источника питания на резонансный режим работы вентильного электропривода колебательного движения

Periodic-motion electric machines are used in various electromechanical facilities designed for various purposes; the operating properties of such machines are researched to construct high-performance oscillatory drives generating both linear and angular motion. One specific kind of such drives is gearless electrical drives which generate oscillatory motion by applying different modulations to power the phase voltages of the motor. Based on mathematical model analysis of a valve actuator, we define a procedure for calculating its oscillatory-motion output parameters with due account of control functions, the electric machine parameters, and the load. It is shown that when finding the oscillating electromagnetic torque in a BLDC motor for engineering calculations, it is enough to take into account only the constant terms in its damping component. We have thus formulated an expression for finding the oscillation amplitude of the moving BLDC element, which has enabled us to establish the possibility of controlling the eigen-frequency of the BLDC motor by altering the amplitude of one of the phase voltages. Such oscillatory motion has been simulated by means of MathCAD 2000 with the simulation results being presented here and demonstrating how resonance-state operation can be attained per the algorithm developed. The obtained analytical relations make up the theoretical basis for computing not only output parameters, but also the operating properties of oscillatory electrical drives. They can be recommended for the evaluation of dynamic indexes and energy data for oscillatory motion.Исследование особенностей работы электрических машин периодического движения в составе электромеханических комплексов различного целевого назначения направлено на создание высокоэффективных электроприводов как линейного, так и углового колебательного движения. Особое место среди них занимают безредукторные электроприводы, в которых колебательный режим работы формируется за счет различных видов модуляции питающих фазных напряжений исполнительного двигателя. На основании анализа математической модели вентильного электропривода определена методика расчета его выходных параметров при колебательном движении с учетом функций регулирования, параметров электрической машины и нагрузки. Показано, что при определении колебательного электромагнитного момента вентильного двигателя при инженерных расчетах достаточно учитывать в его демпфирующей составляющей только постоянные члены. Получено выражение, определяющее амплитуду колебаний подвижного элемента вентильного электродвигателя, что позволило установить возможность регулирования собственной частоты электропривода за счет изменения амплитуды одного из фазных напряжений. Представлены результаты математического моделирования вентильного электропривода колебательного движения в математической среде MathCAD 2000, иллюстрирующие возможность обеспечения резонансного режима работы электропривода согласно разработанному алгоритму. Полученные в работе аналитические соотношения составили теоретические основы не только для расчета выходных параметров, но и рабочих характеристик вентильного электропривода колебательного движения. Они также могут быть рекомендованы для оценки динамических и энергетических показателей электропривода в режиме колебательного движения

CONTROL GLOBAL PD PARA SEGUIMIENTO DE POSICIÓN EN MOTORES A PASOS DE IMANES PERMANENTES

El control del motor a pasos de imanes permanentes es un tema de bastante interés en la actualidad ya que es bastante utilizado en aplicaciones que requieren precisión y por que puede ser controlado a lazo abierto. Pero en algunas aplicaciones el desempeño del motor a lazo abierto no es suficiente, lo que ha motivado al diseño de controladores a lazo cerrado que consideren la dinámica no lineal completa del motor. En este artículo se presenta el diseño de un controlador para el seguimiento de posición en motores a pasos de imanes permanentes que acciona una carga dependiente de la posición, además se prueba la estabilidad global del sistema a lazo cerrado utilizando el método directo de Lyapunov y se presentan resultados en simulación del controlador.Palabra(s) Clave(s): estabilidad de Lyapunov, imanes permanentes, motor a pasos, seguimiento de posición

MODELING AND EXPERIMENTAL VERIFICATION OF TORQUE RIPPLE IN PERMANENT MAGNET DC MOTORS

ABSTRACT In this paper we have developed a simple parametric model based on motor geometries to estimate the torque ripple in permanent-magnet DC (PMDC) motors. Torque ripple is the combined results of many different motor design parameters such as magnetic material properties and geometry as well as rotor slot geometry. As the PMDC motors are being used in more precision applications while being produced at a lower price, the effect of torque ripple is becoming an important issued for precision motion control. The main objective of this study is to identify motor parameters that affect the magnitude of the torque ripples as well as developing a cost effective measuring device for motor vendors. The analytical model focused on the effect of air gap volume on effective magnetic flux and in terms impact the torque generation. The effectiveness of the proposed model was verified by experimental data collected with motors from four large volume motor vendors that meets the same design specification. Sensitivity analysis was also performed to identify the key motor parameters that impacted the magnitude of the torque ripple. INTRODUCTION The use of brushed permanent magnet DC (PMDC) motors in machines that are used in precision application has become more common over the years. The reason for this trend is due to an increase in quality and cost effectiveness through advances in manufacturing processes. These advances have not however eliminated a periodic fluctuation of the output torque of the motor which is dependent on angular position and can be termed torque ripple (TR). This paper will first discuss a model of the motor developed torque T D and TR and then compar

In-wheel motor vibration control for distributed-driven electric vehicles:A review

Efficient, safe, and comfortable electric vehicles (EVs) are essential for the creation of a sustainable transport system. Distributed-driven EVs, which often use in-wheel motors (IWMs), have many benefits with respect to size (compactness), controllability, and efficiency. However, the vibration of IWMs is a particularly important factor for both passengers and drivers, and it is therefore crucial for a successful commercialization of distributed-driven EVs. This paper provides a comprehensive literature review and state-of-the-art vibration-source-analysis and -mitigation methods in IWMs. First, selection criteria are given for IWMs, and a multidimensional comparison for several motor types is provided. The IWM vibration sources are then divided into internally-, and externally-induced vibration sources and discussed in detail. Next, vibration reduction methods, which include motor-structure optimization, motor controller, and additional control-components, are reviewed. Emerging research trends and an outlook for future improvement aims are summarized at the end of the paper. This paper can provide useful information for researchers, who are interested in the application and vibration mitigation of IWMs or similar topics

Метод керування кроковим двигуном з мінімальним рівнем пульсації

Метою представленої магістерської дисертації є аналіз існуючих методів керування кроковим двигуном та розробка алгоритму постійного по величині моменту з мінімальним рівнем пульсації. Було проведено комп’ютерне моделювання запропонованих методів керування кроковим двигуном та їх подальша обробка та аналіз, з метою виявлення найбільш доцільного алгоритму керування з точки зору пульсацій моменту. Побудовані осцилограми струмів керування, їх спектри та сумарний момент двигуна. Для порівняння їх між собою застосовувалося середньоквадратична похибка та час зміни полярності струму, що впливає на величину пульсацій моменту. Реалізовано метод ШІМ зі змінною частотою несучої функції для забезпечення постійного коефіцієнту пульсації струму. Практична цінність роботи полягає у забезпечені моменту двигуна на рівні 5% і менше.The method is presented by the magistracy dissertation, an analysis of the most common methods control with stepper motor and the development of the algorithm according to the minimum level summary pulsation on torque. In the work a computer modeling of the proposed stepping motor control methods and their further processing and analysis was conducted, with the purpose of determining the most appropriate control algorithm from the point of view of torque pulsation. The oscillograms of control currents, their spectra and the total engine moment were constructed. For comparison, the mean square error and the time of change in the current polarity, which affects the momentum pulsation, was used among them. A PWM method with a variable frequency carrier function was implemented to provide a constant current pulsation coefficient. The practical value of the work is to provide an engine moment at 5% or less.Целью представленной магистерской диссертации является анализ существующих методов управления шаговым двигателем и разработка алгоритма постоянного по величине момента с минимальным уровнем пульсации. В работе проведено компьютерное моделирование предложенных методов управления шаговым двигателем и их дальнейшая обработка и анализ, с целью определения наиболее целесообразного алгоритма управления с точки зрения пульсации момента. Было построено осциллограммы токов управления, их спектры и суммарный момент двигателя. Для сравнения их между собой применялась среднеквадратичная погрешность и время изменения полярности тока, которая влияет на величину пульсации момента. Реализовано метод ШИМ с переменной частотой несущей функции для обеспечения постоянного коэффициента пульсации тока. Практическая ценность работы заключается в обеспечении момента двигателя на уровне 5% и менее

Active torque ripple reduction in permanent-magnet AC motors

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1995.Includes bibliographical references (leaves 101-104).by Christopher Anthony Greamo.M.S

Modellazione, simulazione e controllo di un attuatore elettromeccanico con motore a riluttanza variabile per applicazione su UAV

L’obiettivo principale della presente tesi è stato lo studio e la caratterizzazione del funzionamento dinamico di attuatori elettromeccanici con motore elettrico a riluttanza variabile (SRM, Switched Reluctance Motor). Questa tipologia di attuatori, pur non rappresentando una soluzione tecnologica adatta per i comandi di volo di velivoli civili o militari, è interessante per applicazioni UAV (Unmanned Aerial Vehicle ). La prima fase del lavoro si è concentrata sullo studio dello stato dell’arte della tecnologia elettromeccanica di attuazione , esaminando i diversi componenti dell’attuatore con particolare attenzione al motore elettrico. Successivamente sono stati sviluppati due modelli di simulazione in ambiente Matlab-Simulink che hanno permesso di analizzare le prestazioni e sviluppare le leggi di controllo di due tipi di attuatore