SENSORLESS CONTROL OF LINE-START PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MACHINE

SENSORLESS CONTROL OF LINE-START PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MACHINE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
ThesisReadyToUpload.pdf
Restricted to Repository staff only until 28 August 2021.

Download (24MB)

Arabic Abstract

تُستخدم محركات السرعة المتغيرة (VSD) في تطبيقات صناعية لا حصر لها, بالإضافة إلى وظيفتها الأساسية في التحكم في سرعة الآلة الكهربائية, فإنها تحسن من كفاءة الآلة في ظروف التشغيل دون المستوى الأمثل, في الوقت الحالي , تتحدى الآلة المتزامن ذات المغناطيس الدائم (PMSM) هيمنة الآلات الحثية (IM) على التطبيقات الصناعية بسبب كفاءتها الأفضل, ومع ذلك , توفر الآلة المنطلقة على الشبكة من (PMSM) و هي (LSPMSM) أثار الاهتمام بها كبديل مباشر للآلات الحثية (IM) للاستفادة من زيادة كفاءة الطاقة المتوفرة في (LSPMSM) نسبيا, ونتيجة لذلك, تهدف هذه الرسالة إلى تطوير إستراتيجية تحكم (VSD) بدون مستشعر ميكانيكي لـ (LSPMSM) , لتحقيق ذلك, في البداية, تم تطوير التحكم النموذج التنبؤي (MPC) لـ (LSPMSM) بوجود مستشعر ميكانيكي, حيث أن ال (MPC) أثبتت أدائها في مجال التحكم في الآلات الكهربائية, كما ان فحص أداء (MPC) أظهر تفوقها مقارنة بالأساليب التقليدية للتحمكم مثل التحكم الموجه للمجال (FOC) والتحكم المباشر في عزم الدوران (DTC) نظرًا لأن (MPC) يتمتع بالقدرة على تضمين مكونات النظام الغير خطية, ثانيًا, من أجل التنفيذ الفعال لأي تقنية تحكم في (VSD), يجب أن يكون موضع الدوار معروفًا في جميع الأوقات, في التحكم مع وجود مستشعر ميكانيكي ، يتم استخدام آلة تشفير دوارة عالية الدقة, ومع ذلك, فإن التكلفة الإضافية ومخاوف الإعتمادية المتعلقة بآلة التشفير الدوارة تبرر محاولة التخلص منها في (VSD) , وبالتالي, تم تطوير تقنية تخمين لـ (LSPMSM) , علاوة على ذلك, تم تحديد طرق التقدير التالية لتكون مناسبة لـ (LSPMSM) , وهي فلتر كالمان الممتد (EKF) , نموذج نظام مرجعي تكيفى (MRAS) , وإدخال الإشارة عالية التردد , تتم دراسة التقنيات المطورة ومقارنتها لبناء هجين من تقنية (MPC) ذات المستشعر الميكانيكي وطريقة التقدير التي ستكون استراتيجية التحكم بدون استشعار المقترحة , سيتم تقييم التقنيات المطورة باستخدام برنامج محاكاة بشكل يشمل تفاصيل المنصة التجريبية المستخدمة في المعمل , هذه المنصة تم وصفها ونمذجتها لتسهيل مقارنة التقنيات على معالج الرقمية يعمل في الوقت الحقيقي و قطع اختبارية , النتائج المستمدة من المنصة التجريبية ستستخدم للتحقق من أداء استراتيجية التحكم بدون مشتشعر المقترحة.

English Abstract

Variable speed drives (VSD) are used in countless industrial applications. In addition to their primary function of controlling the machine speed, they improve the machine efficiency in suboptimal operating conditions. Currently, induction machines (IM) dominance over industrial applications is being challenged by permanent magnet synchronous machine (PMSM) due to their improved efficiency. However, the introduction of line-start PMSM (LSPMSM) have sparked interest in them as an alternative of IM to benefit from LSPMSM increased power efficiency. As a results, this thesis aims to develop a sensorless VSD control strategy for LSPMSM. To achieve this, initially, sensored model predictive control (MPC) is developed for LSPMSM as it has proved its performance in the area of electric drives control. Moreover, investigating MPC performance shows its superiority compared to conventional techniques like field-oriented control (FOC) and direct torque control (DTC) since MPC has the ability to include system nonlinearities. Secondly, for efficient implementation of any control technique in VSD, the rotor position must be known at all time. In sensored control, a high-resolution rotary encoder is used. However, the additional cost and reliability concerns related to rotary encoders justify the push to eliminate their usage in VSD. Hence, an estimation technique is developed for LSPMSM. Moreover, the following estimation methods are identified to be suitable for LSPMSM, namely extended Kalman filter (EKF), model reference adaptive system (MRAS), and high-frequency signal injection. The developed techniques are compared and contrasted to construct hybrid of the developed sensored MPC technique and an estimation method which constitute the proposed sensorless control strategy. Evaluation of the developed techniques is performed using software simulation models that are based on an experimental setup. This setup is described and modeled to facilitate implementation of the techniques on a real-time digital signal processor and a test machine. The results drawn from the experimental setup are used to validate the performance of the proposed sensorless control strategy.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Engineering
Electrical
Department: College Of Engineering Sciences > Electrical Engineering Dept
Committee Advisor: Abido, Mohammad
Committee Members: El-Amin, Ibrahim and Khalid, Muhammad
Depositing User: ABUBAKR ELSAYED (g201191970)
Date Deposited: 31 Aug 2020 06:54
Last Modified: 31 Aug 2020 06:54
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141709