KFUPM ePrints

Model Predictive Control of Induction Motor Drives

l Model Predictive Control of Induction Motor Drives. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 24 July 2019.

7Mb

Arabic Abstract

تنتشر أنظمة التسيير الكهربي ذات السرعات المتغيرة في كثير من التطبيقات الصناعية. وقد شهدت الفترة الأخيرة تطورا ونجاحا واسعا لطرق التحكم التنبؤى المعتمد على النماذج الرياضية للأنظمة مما سمح لها بالتنافس مع طرق التحكم التقليدية نظرا لبساطتها وقدرتها على التعامل مع الأنظمة غير الخطية والقيود. وعلى وجه الخصوص فإن التحكم التنبؤى ذات المجموعة المحددة يلائم طبيعة التشغيل المتقطعة لمحولات القوى المختلفة. ولكن على الرغم من بساطة وسرعة الاستجابة الديناميكية لهذا النوع من التحكم إلا أن هناك عدد من التحديات التي يجب مواجهتها كى تستخدم بشكل فعال في تطبيقات التسيير الكهربي. منها صعوبة اختيار معاملات الأهمية وزيادة الحسابات والوقت الازم للتنفيذ وكذلك تطبيقها على أنظمة التحريك متعددة الأوجه. تتضمن هذه الأطروحة تقييم لخمس طرق مختلفة لتعيين معامل الأهمية وفقا لعدة معايير. حيث وجد أن الطرق المعتمدة على الأهداف المتعددة أكثر تفوقا من طريقة التعيين التقليدية المعتمدة على الحسابات المسبقة. وبالإضافة لذلك فقد تم اقتراح لتحسين أحد طرق تعيين معامل الأهمية المعتمد على الأهداف المتعددة باستخدام (fuzzy decision) والتي أدت إلى تقليل تذبذب العزم. وبهدف تقليل العبء الحسابي فقد تم اقتراح طريقة بسيطة وفعالة تعتمد على استخدام أربعة متجهات جهود فقط عوضا عن السبع المعتاد استخدامهم في الطريقة التقليدية. وقد تم التحقق من صحة الطريقة المقترحة باستخدام المحاكاة وبالتطبيق العملي مما أوضح أن العمليات الحسابية المطلوبة تم تقليصها وكذلك تقليل متوسط تردد تشغيل الموصلات الإلكترونية مقارنة بالطريقة التقليدية. ولتطبيق التحكم التنبؤى المعتمد على النماذج الرياضية على الآلات الكهربية متعددة الأوجه فقد تم إعادة لف للعضو الثابت لمحرك ثلاثي الوجه ليصبح محرك سداسي الوجه غير متماثل. وقد تم إجراء اختبارات عدة لتحديد خصائص وبناء نموذج رياضي للمحرك الجديد. اتبع ذلك تصميم وتنفيذ برنامج للتحكم التنبؤى في التيار للمحرك سداسي الوجه. حيث أظهرت التجارب العملية نجاح البرنامج في تتبع مركبات التيار المؤثرة في العزم والفيض بشكل منفصل. كما أوضحت تقليل مركبة التيار الدوارة والغير مرغوب بها في المحرك. وقد تم اختبار كل الطرق المقترحة عمليا باستخدام نموذج معملي للتحكم ذو كفاءة ومرونة عالية تم تطويره ليتمكن من تسيير المحركات كهربية المتعددة الأوجه.

English Abstract

Electrical drive systems are widely used in many industries and automation systems. Recently model predictive control (MPC) gains a lot of interest in electric drives due to its simplicity and ability to deal with nonlinearity and constraints. In particular, finite control set MPC (FCS-MPC) is compatible with the discrete nature of different power converters. Regardless of its simplicity and high dynamic response, there are some challenges that need to be addressed for efficient implementation of MPC in electrical drive applications. These include difficulty in weighting factor selection (WFS), high computation burden, and extension to multi-phase drive systems. In this thesis, five recent flux WFS methods are assessed based on different figure of merits. Multi-objective based methods found to be superior to the conventional offline method. An improvement of multi-objective fuzzy decision method is proposed which results in reduction in torque ripple. Aiming to reduce the computation burden of predictive torque control (PTC) algorithm, an efficient and simple technique is proposed which utilize only four voltage vectors instead of seven. The proposed method is validated using simulation and experimental results showing a reduction in the computation cost and the average switching frequency compared to the conventional method. For the sake of realization of MPC in multi-phase machines, the stator of a three-phase induction motor is rewound as asymmetric six-phase motor. Several tests are performed to accurately identify the new motor parameters. Predictive current control (PCC) algorithm is designed and implemented in real time. The experimental results prove that PCC successfully tracks the flux and torque current component with complete decoupling. At the same time, it minimize the undesired circulating stator currents. All the proposed methods, for three and six phases motors, are verified experimentally using a flexible and efficient setup, developed for driving up to six-phase motors.



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Research > Engineering
Electrical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Electrical Engineering Dept
Committee Advisor:Abido, Mohamed
Committee Co-Advisor:Al Hamouz, Zakariya
Committee Members:El Amin, Ibrahim and Ibrir, Salim and Kennel, Ralph
ID Code:140779
Deposited By:MOHAMED SAAD (g201306510)
Deposited On:29 Jul 2018 15:22
Last Modified:29 Jul 2018 15:22

Repository Staff Only: item control page