Closed-Loop Drive Detection and Diagnosis of Multiple Combined Faults in Induction Motor Through Model-Based and Neuro-Fuzzy Network Techniques

In this paper, a fault detection and diagnosis approach adopted for an input-output feedback linearization (IOFL) control of induction motor (IM) drive is proposed. This approach has been employed to detect and identify the simple and mixed broken rotor bars and static air-gap eccentricity faults right from the start its operation by utilizing advanced techniques. Therefore, two techniques are applied: the model-based strategy, which is an online method used to generate residual stator current signal in order to indicate the presence of possible failures by means of the sliding mode observer (SMO) in the closed-loop drive. However, this strategy is not able to recognise the fault types and it can be affected by the other disturbances. Therefore, the offline method using the multi-adaptive neuro-fuzzy inference system (MANAFIS) technique is proposed to identify the faults and distinguish them. However, the MANAFIS required a relevant database to achieve satisfactory results. Hence, the stator current analysis based on the HFFT combination of the Hilbert transform (HT) and Fast Fourier transform (FFT) is applied to extract the amplitude of harmonics due to defects occur and used them as an input data set for the MANFIS under different loads and fault severities. The simulation results show the efficiency of the proposed techniques and its ability to detect and diagnose any minor faults in a closed-loop drive of IM

Contrôle et Diagnostic de la Machine à Induction

La thématique de la thèse entre dans le cadre de la détection et le diagnostic du défaut de cassure des barres rotoriques d'une machine à induction à vitesse variable. L’étude par simulation est effectuée à travers l’utilisation d'un modèle réduit de la machine tenant compte du défaut rotorique dédié au contrôle en boucle fermée. Deux techniques de commande sont utilisées, l'une vectorielle pour le fonctionnement sans capteur à grande vitesse utilisant le filtre de Kalman étendu (FKE), et la seconde utilisant la commande Backstepping sans capteur à base du modèle adaptatif du système de référence (MRAS) en fonctionnement à très faible vitesse. Les méthodes du diagnostic utilisées sont basées sur l’approche signal à travers l'analyse par FFT, ondelette et Hilbert des signaux issus des capteurs et l'approche modèle à travers l'estimation paramétrique en utilisant les observateurs de type FKE et MRAS. L'efficacité de la commande en boucle fermée ainsi que les méthodes du diagnostic utilisées en simulation sont validées en expérimentation par une carte dSPACE 1104 du banc d'essai réalisé au laboratoire LGEB Biskra

SIMULATION NUMÉRIQUES DE LA PROPAGATION D’ONDE ELECTROMAGNETIQUE DANS DES MILIEUX PAR LA METHODE FDTD

Les propriétés électromagnétiques des milieux complexes (c'est-à-dire nonlinéaires et dispersifs), ainsi le comportement de l’onde électromagnétique dans ces milieux est un sujet de recherche très intéressant et indispensable dans les dernières années avec l’évolution remarquable dans la science de la matière, pour divers domaine de conception des composantes et dispositifs en électronique et en télécommunications. L’obscurité des ondes électromagnétique rond se phénomène physique mystérieux et difficile à comprendre, d’où la modélisation numérique tire son avantage et elle est utiliser comme un outil d’investigation de l’interaction entre l’onde et la matière. Mathématiquement la propagation d'onde électromagnétique est un problème de valeurs initiales, ce problème peut être résolu numériquement par diverses méthodes numériques. Mais nous distinguons deux approches dissemblables de résolution de tels problèmes impliquant directement les équations de Maxwell dans leurs formes différentielles et qui sont des équations aux dérivées partielles de premier ordre. La première approche est dans le domaine fréquentiel utilise les équations (rotationnelles) de Maxwell en domaine fréquentiel (FDFD), et la deuxième est dans le domaine temporel utilise aussi les équations (rotationnelles) de Maxwell dans le domaine temporel (FDTD, FEMTD, FVTD). Ce travail a comme objectif d’élaborer des codes de calcules numériques pour des modèles physique de la propagation d’onde électromagnétique dans des milieux dispersifs. La méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) est appliquée pour la conception des modèles numériques pour la résolution des équations (rotationnelles) de Maxwell, et la méthode ADE-FDTD est utiliser pour introduire les phénomènes dispersifs de la matière. Ainsi que des techniques associer a la méthode FDTD comme les bords absorbantes de Mur « Absorbing Boundary Conditions » (ABC-de-Mur) ou Unsplit-PML « Unsplit Perfectly Matched Layer », sont dériver et introduites dans l’algorithme de calcule pour tronquer le domaine de calcule afin des modéliser un domaine de calcule ouvert, en plus que la transformé de Fourier est implémenter dans la méthode FDTD pour passer en domaine fréquentielle

Performance Improvement of Sensorless Vector Control for Induction Motor Drives using Fuzzy-Logic Luenberger Observer: Experimental Investigation

In recent years, the industrial dire need of sensorless techniques, make them more popular and universal, for high-performance sensorless vector control of induction motor drive, this paper investigates the application of fuzzy logic controller in the adaptive mechanism of Luenberger state observer, in order to ameliorate the estimation of rotor speed. The fuzzy logic adaptive mechanism performances are compared to those based on the PI controller. The obtained estimation results by PI and fuzzy adaptive mechanisms through hardware implementation with dSpace 1104 are recorded and compared under a variety of operating conditions. The experimental results show that the performances of the fuzzy sensorless indirect rotor field oriented controlled induction motor in terms of response, relative error, overshoot and torque ripples are very promising

Discrete wavelet transform and energy eigen value for rotor bars fault detection in variable speed field-oriented control of induction motor drive

International audienceThis paper presents a methodology for the broken rotor bars fault detection is considered when the rotor speed varies continuously and the induction machine is controlled by Field-Oriented Control (FOC). The rotor fault detection is obtained by analyzing a several mechanical and electrical quantities (i.e., rotor speed, stator phase current and output signal of the speed regulator) by the Discrete Wavelet Transform (DWT) in variable speed drives. The severity of the fault is obtained by stored energy calculation for active power signal. Hence, it can be a useful solution as fault indicator. The FOC is implemented in order to preserve a good performance speed control; to compensate the broken rotor bars effect in the mechanical speed and to ensure the operation continuity and to investigate the fault effect in the variable speed. The effectiveness of the technique is evaluated in simulation and in a real-time implementation by using Matlab/Simulink with the real-time interface (RTI) based on dSpace 1104 board

Etude Expérimentale du Diagnostic des Défauts Statoriques et Rotoriques de la Machine à Induction en Boucle Ouverte en utilisant la Transformé de Fourier

L'objectif principal de cet article est le diagnostic et la détection de la présence de défaut de casseur de barre et du court-circuit entre spires des enroulements statorique à travers la Transformé de Fourier basant sur l’analyse de la signature du courant du moteur dans des états sains et défectueux. les différents défauts présentés dans cette étude ont été réalisé au niveau du laboratoire. Les résultats sont obtenus expérimentalement à travers la carte dSpace 1104, ils ont été analysés en utilisant la FFT afin de trouver les signatures des défauts. Grâce à l'analyse spectrale des différents signaux, il a été possible de remédier au problème de confusion entre les types de défauts au-dessus

Rotor fault detection using hybrid signal processing approach for sensorless Backstepping control driven induction motor at low‐speed operation

The present paper proposes a detection method of the broken rotor bar fault in an induction motor at low-speed operation. The diagnosis method is based at the first place, on Hilbert Transform (HT) that is used to extract the stator current envelope; then on Discrete Wavelet Transform (DWT) which processes the previously produced signal. As such, the calculation of the stored energy on envelope levels allows to determine the severity of the fault. In this work, the induction motor is controlled at the very low-speed range and rated load via using sensorless Backstepping control. This nonlinear control is executed to preserve a satisfactory performance speed control during the presence of broken rotor bars to ensure operational continuity. Moreover, Model Reference Adaptive System (MRAS) is used for speed reconstruction to improve the control's system reliability and to reduce its cost. Considerably, through the use of simulation and real-time implementation using MATLAB/Simulink with the dSpace 1104 control board, the effectiveness of the diagnosis and control techniques is evaluated

Predictive direct torque control with reduced ripples for induction motor drive based on T‐S fuzzy speed controller

International audienceAbstract Finite‐state model predictive control (FS‐MPC) has been widely used for controlling power converters and electric drives. Predictive torque control strategy (PTC) evaluates flux and torque in a cost function to generate an optimal inverter switching state in a sampling period. However, the existing PTC method relies on a traditional proportional‐integral (PI) controller in the external loop for speed regulation. Consequently, the torque reference may not be generated properly, especially when a sudden variation of load or inertia takes place. This paper proposes an enhanced predictive torque control scheme. A Takagi‐Sugeno fuzzy logic controller replaces PI in the external loop for speed regulation. Besides, the proposed controller generates a proper torque reference since it plays an important role in cost function design. This improvement ensures accurate tracking and robust control against different uncertainties. The effectiveness of the presented algorithms is investigated by simulation and experimental validation using MATLAB/Simulink with dSpace 1104 real‐time interface

Experimental Validation of Current Sensors Fault Detection and Tolerant Control Strategy for Three-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor Drives

International audienceThis paper presents the experimental validation of a Fault-Tolerant Control (FTC) system for Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) drives, specifically focusing on current sensors. The FTC system is designed to detect and diagnose both single and multiple faults in the current sensors and to reconfigure the control loop to ensure uninterrupted operation in the presence of such faults. Several crucial aspects are addressed in the proposed approach, including fault detection, isolation of faulty sensors, and reconfiguration of the control system through accurate current estimation. To achieve this, a novel adaptation of the Luenberger observer is proposed and employed for estimating the stator currents. The effectiveness of the fault-tolerant control strategy is demonstrated through experimental tests conducted on a 7.2 kW PMSM utilizing a field-oriented vectorial strategy implemented in a dSpace 1104 platform

Implementation of Sliding Mode Based-Direct Flux and Torque Control for Induction Motor Drive with Efficiency Optimization

International audienceThis paper presents an implementation of an efficient direct flux and torque control for induction motor drive. In control design, the modeling inaccuracy and various uncertainties cannot be avoided when classical methods are conducted. Therefore, it is recommended apply the nonlinear-robust control approaches to cover these drawbacks. The sliding mode approach is proposed to achieve a decoupled control and improve its robustness versus different disturbances. Furthermore, an optimal control algorithm is joined for losses minimization and efficiency maximization. This technique consists of the computation of optimum flux reference according to the load value and improves the efficiency for no load or light loads state, that makes is very suitable for variable load applications. The effectiveness of the control techniques is verified using an experimental test bench based on dSpace 1104 real-time interface