Vector control of doubly-fed induction machine: robustness with respect to parameters variation

Electromechanical systems on the base of Doubly-Fed Induction Machine is an attractive solution for restricted speed range drives and energy generation applications. The concept of indirect stator flux orientation was introduced similarly to indirect rotor flux orientation. Line voltage amplitude, frequency and stator resistance have variations and cause torque errors. Robustness of the indirect flux oriented controller is studied in order to define the most critical variations

Phonon spectrum and vibrational characteristics of linear nanostructures in solid matrices

The atomic dynamics of linear chains embedded in a crystalline matrix or adsorbed on its surface is studied. A linear chain formed by substitutional impurities in a surface layer and at the same time offsetting from this layer was analyzed particularly. This system models the actively studied experimentally structures in which gas molecules are adsorbed on the walls of the bundles of carbon nanotubes located in certain medium. It is shown that the quasi-1D features are typical for the chains in which the interatomic interaction is higher than the interaction between the atoms of the chain and the atoms of the crystal matrix. On the local phonon density of atoms of the chain, the transition to quasi-one-dimensional behavior has the form of the kink. In other words, it is the first (lowest-frequency) van Hove singularity, which in 3D structures (the system under consideration is generally three-dimensional) corresponds to the transition from closed to open constant-frequency (quasi-plane) surfaces. The local phonon densities of atoms in the chain have one-dimensional character at frequencies higher than the frequency of the van Hove singularity. The rms-amplitude of embedded chains atoms vibrations is calculated and the behavior of the atomic vibrations contribution in the low-temperature heat capacity of the system is analyzed.Comment: 14 pages, 7 figure

Observer-based speed estimation for vector controlled induction motors

A speed observer for field-oriented controlled induction drives is presented. The proposed solution exploits the concept of the classic full-order flux observer which is adaptive to the rotor resistance variations. Due to the structural similarity of the rotor speed and active rotor resistance in motor model, the speed observer can be designed using similar structure. The observer guarantees local asymptotic estimation of the rotor fluxes, stator currents and rotor speed in all operating conditions, excluding DC stator excitation. The stability properties of the observer are studied using Lyapunov’s second method. It is experimentally shown that the observer provides an acceptable dynamics of the speed estimation if speed is slowly varying. The proposed observer is suitable for the applications with medium requirements for speed regulation performance

Метод визначення електричних параметрів явнополюсних синхронних двигунів

Пересада, С. М. Метод визначення електричних параметрів явнополюсних синхронних двигунів = Identification method of electrical parameters of the interior permanent magnets synchronous motors / С. М. Пересада, Є. О. Ніконенко, В. С. Решетник // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2019. – № 2 (476). – С. 14–21.Анотація. Робота присвячена питанням розробки та дослідження нового методу визначення статичних та інкрементальних індуктивностей, а також значення магнітного потоку постійних магнітів явнополюсних синхронних двигунів із постійними магнітами при самоналаштуванні. Обґрунтовано актуальність розробки методів ідентифікації електричних параметрів явнополюсних синхронних двигунів при самоналаштуванні синхронних електроприводів. Розроблений метод ідентифікації електричних параметрів явнополюсних синхронних двигунів базується на визначенні оцінених значень потокозчеплень двигуна в замкненій системі регулювання струмів із властивостями робастності до неідеальностей інвертора. Для верифікації методу розроблено, виготовлено та налаштовано експериментальну установку з явнополюсним синхронним двигуном із постійними магнітами, а також комплекс програм для дослідження методу ідентифікації індуктивностей і магнітного потоку постійних магнітів двигуна. Установка може застосовуватися для дослідження широкого спектру алгоритмів керування електромеханічними системами з явнополюсними синхронними двигунами з постійними магнітами. Проведене експериментальне дослідження показує, що представлений метод забезпечує визначення статичних та інкрементальних індуктивностей, а також значення магнітного потоку постійних магнітів в умовах самоналаштування явнополюсного синхронного двигуна. Алгоритм ідентифікації має типову структуру сучасних векторно-керованих електроприводів. Він може застосовуватися для підвищення динамічних показників у режимі керування моментом, швидкістю або положенням. Додатково оцінені значення потокозчеплення дають інформацію про насичення магнітної системи синхронного двигуна. З результатів експериментального дослідження випливає, що в досліджуваному явнополюсному синхронному двигуні вплив суміжного струму на потокозчеплення є несуттєвим. Також визначено, що насичення магнітної системи є незначним для робочого діапазону зміни струмів статора. Достовірність та обґрунтованість висновків і рекомендацій підтверджується збігом результатів математичного моделювання з експериментальними даними.Abstract. The paper is devoted to research and development of novel identification method of static and incremental inductances, as well as permanent magnets flux of interior permanent magnets synchronous motors. The relevance of the identification methods design for the synchronous motors electrical parameters during a selfcommissioning procedure is substantiated. The proposed method is based on the flux linkages estimation in a current-controlled closed-loop system with robustness properties with respect to inverter nonlinearities. The experimental installation with an interior permanent magnets synchronous motorwas developed, manufactured and configured for the verification of the proposed method. A set of programs was developed for the method testing as well. The installation can be used to investigate a wide range of control algorithms for electromechanical systems with interior permanent magnets synchronous motors. The experimental study demonstrates that the presented method guarantees the identification of static and incremental inductances, as well as permanent magnets flux of the interior permanent magnets synchronous motor. The identification algorithm has a typical structure of the modern vector-controlled electrical drives.It can be used to improve the dynamic performance and efficiency of vector-controlled interior permanent magnets synchronous motors in torque, speed or positions control modes. Additionally, the estimated fluxes provide the information about saturation of the synchronous motor magnetic system. From the results of the experimental study, it follows that the influence of the cross-coupling is insignificant for the investigated interior permanent magnets synchronous motor. It is shown that the saturation of the magnetic system is negligible for the working range of the stator currentsas well. The validity of the conclusions and recommendations are confirmed by the coincidence of the simulation study results with the experimental data

A Speed Sensorless Indirect Field Oriented Control for Induction Motors based on High Gain Speed Estimation

The authors design a new speed sensorless output feedback control for the full-order model of induction motors with unknown constant load torque, which guarantees local asymptotic tracking of smooth speed and rotor flux modulus reference signals and local asymptotic field orientation, on the basis of stator current measurements only. The proposed nonlinear controller exploits the concept of indirect field orientation (no flux estimation is required) in combination with a new high-gain speed estimator based on the torque current tracking error. The estimates of unknown load torque and time-varying rotor speed converge to the corresponding true values under a persistency of excitation condition with a physically meaningful interpretation, basically equivalent to non-null synchronous frequency. Stability analysis of the overall dynamics has been performed exploiting the singular perturbation method. The proposed control algorithm is a ``true'' industrial sensorless solution since no simplifying assumptions (flux and load torque measurements) are required. Simulation and experimental tests show that the proposed controller is suitable for medium and high performance applications

Current Sensorless Position Flux Tracking Controller for Induction Motor

An innovative indirect field oriented output feedback controller for induction motor drives is presented. This solution is based on output feedback since only speed and position of the motor shaft are measured, while current sensors are avoided. This approach is suitable for low cost applications, where the position sensor cannot be removed to guarantee accurate position tracking. The proposed method provides global asymptotic tracking of smooth position and flux references in presence of unknown constant load torque. It is based on the natural passivity of the electromagnetic part of the machine and it guarantees asymptotic decoupling of the induction motor mechanical and electrical subsystems achieving at the same time asymptotic field orientation. Lyapunov analysis and nonlinear control design have been adopted to obtain good position tracking performances and effective torque flux decoupling. The cascaded structure of the controller allows performing a constructive tuning procedure for speed and position control loops. Results of experimental tests are presented to demonstrate the tracking and robustness features of the proposed solution

Speed sensorless control of induction motor based on indirect field-orientation

Consiglio Nazionale delle Ricerche - Biblioteca Centrale - P.le Aldo Moro, 7 Rome / CNR - Consiglio Nazionale delle RichercheSIGLEITItal