Enhanced sensorless nonlinear control based on sliding mode observer
Abstract:
This paper presents a sensorless nonlinear control strategy for a doubly fed induction motor (DFIM) based on a combination of backstepping control (BS) and sliding mode observer (SMO) approaches. The main objective is to enhance the performance of field-oriented control (FOC) for DFIM by improving speed control performance, reducing electromagnetic torque ripple and improving stator current distortion, and achieving effective decoupling between torque and stator flux. The stability analysis of the proposed control strategy is conducted using Lyapunov theory. Furthermore, a sliding mode observer is designed to estimate the load torque and motor speed without needing additional sensors. The effectiveness of the proposed control strategy is validated by several simulation tests using Matlab/Simulink software. The results of the first test demonstrate remarkable improvements in response and steady state error of the speed control. Furthermore, the robustness of the designed control strategy is assessed, exhibiting superior performance in speed and torque control, as well as robustness against load disturbances and parameter variations. These findings highlight the potential of the proposed sensorless BS control strategy, with the sliding mode observer, as a promising solution for sensorless control of DFIM in diverse industrial applications.
Résumé :
Ce document présente une stratégie de contrôle non linéaire sans capteurs pour un moteur d'induction à double alimentation (DFIM) basé sur une combinaison de contrôles en arrière-plan (BS) et d'approches d'observation en mode glissant (SMO). L'objectif principal est d'améliorer l'efficacité du contrôle orienté sur le terrain (FOC) pour DFIM en améliorant les performances de contrôle de la vitesse, en réduisant la déformation du couple électromagnétique et en augmentant la distorsion du courant stator, et en obtenant un déconnexion efficace entre le couple et le flux stator. L'analyse de stabilité de la stratégie de contrôle proposée est effectuée en utilisant la théorie de Lyapunov. En outre, un observateur de mode glissant est conçu pour estimer le couple de charge et la vitesse du moteur sans avoir besoin de capteurs supplémentaires. L'efficacité de la stratégie de contrôle proposée est validée par plusieurs tests de simulation utilisant le logiciel Matlab/Simulink. Les résultats du premier essai démontrent des améliorations remarquables dans la réponse et l'erreur d'état stable du régulateur de vitesse. En outre, la robustesse de la stratégie de contrôle conçue est évaluée, montrant des performances supérieures en matière de contrôle de vitesse et de couple, ainsi que de résistance aux perturbations de charge et aux variations de paramètres. Ces résultats mettent en évidence le potentiel de la stratégie de contrôle sans capteur BS proposée, avec l'observateur de mode glissant, en tant que solution prometteuse pour la commande sans capteurs de DFIM dans diverses applications industrielles.
Cite this:
Hocine BENNADJI, Youcef BEKAKRA, Saad KHADAR, Hamza GASMI. Enhanced
sensorless nonlinear control strategy of doubly fed induction motor based on
sliding mode observer. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN
0033-2097, R. 100 NR 6/2024