Backstepping control of five-phase open-end winding induction motor
Abstract:
This paper deals with a new control technique applied to five-phase induction motor under open-end stator winding (FPIM-OESW) topology using the backstepping nonlinear control. The main objective is to improve the dynamics of this kind of machine, which is intended to be used in high power industrial application, where the maintenance is difficult and the fault tolerant is needed to ensure the continuous motor operating mode with minimized number of interruption. This control technique is combined with the Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) to maintain a fixed switching frequency. In addition, the Model Reference Adaptive System (MRAS) concept is used for the estimation of the load torque, the rotor flux and the rotor speed to overcome the main drawbacks presented with the previous sensorless systems concepts. However, the great sensitivity to the changes of the motor internal parameters and it operating instability problems, especially in low-speed operating region, that causes an estimation error of the rotor speed, is the most disadvantage of the MRAS technique. Therefore, to solve this problem, an estimation method of the motor internal parameters such as the rotor resistance, the stator resistance and the magnetizing inductance, is proposed in this paper. Where, the main aim is to improve furthermore the control performance, to reduce the computational complexity and to minimize the rotor speed estimation error. The obtained simulation results confirm the enhanced performance and the clear efficacy of the proposed control technique under a variety of cases of different operating conditions.
Résumé :
Ce document traite d'une nouvelle technique de contrôle appliquée au moteur à induction à cinq phases dans le cadre de la topologie FPIM-OESW (open-end stator winding) en utilisant le contrôle non linéaire à l'arrière-piste. L'objectif principal est d'améliorer la dynamique de ce type de machine, qui est destiné à être utilisé dans des applications industrielles à haute puissance, où l'entretien est difficile et la tolérance aux défauts est nécessaire pour assurer le mode de fonctionnement continu du moteur avec un nombre d'interruptions minimisé. Cette technique de contrôle est combinée avec la modulation de la largeur de pouls de vecteur spatial (SVPWM) pour maintenir une fréquence de commutation fixe. En outre, le concept de système adaptatif de référence de modèle (MRAS) est utilisé pour estimer le couple de charge, le débit du rotor et la vitesse du roteur afin de surmonter les principaux inconvénients présentés avec les concepts précédents de systèmes sans capteurs. Cependant, la grande sensibilité aux changements des paramètres internes du moteur et les problèmes d'instabilité de son fonctionnement, en particulier dans la région de basse vitesse, qui provoque une erreur d'estimation de la vitesse du rotor, est le plus inconvénient de la technique MRAS. Par conséquent, pour résoudre ce problème, une méthode d'estimation des paramètres internes du moteur, tels que la résistance du rotor, la resistance du stateur et l'induction de magnétisation, est proposée dans ce document. Là où, l'objectif principal est d'améliorer en outre les performances de commande, de réduire la complexité de calcul et de minimiser l'erreur d'estimation de la vitesse du rotor. Les résultats de simulation obtenus confirment l'amélioration des performances et l'efficacité claire de la technique de contrôle proposée dans une variété de cas de différentes conditions de fonctionnement.