Sensorless Control for Open-End Winding Five-Phase Induction Motor With Parameters Estimation
Abstract:
This paper proposes a sensorless field-oriented control (FOC) of an
open-end stator winding five-phase induction motor (OESW-FPIM). The FOC
technique used is associated with dual Space Vector Modulation (SVM) to provide
a constant switching frequency and lower harmonics distortion. Furthermore, a
simple hybrid observer is proposed which combines a model reference adaptive
system (MRAS) and a sliding mode (SM) observer. The examined observer is
designed for the estimation of the rotor flux and rotational speed as well as
for the estimation of the load torque disturbances. Lyapunov theorem is used in
this paper to prove the observer's stability. The work presented in this paper
aims to enhance the researched motor's sensorless control and its robustness
against external load disturbances and parameters variation. In the proposed
MRAS-SM observer, the reference model is replaced by a SM model which uses a sigmoid
function as a switching function to overcome the chattering problem. This
combination is intended to make use of the advantages of both strategies. At
the same time, to preserve the high-level performance of the sensorless FOC
technique and to reduce system uncertainties, an estimation algorithm is
developed to identify the rotor resistance and the stator resistance
simultaneously during motor operation. The parameter estimation algorithm is
combined with the proposed control to improve the speed estimation and control
accuracy, particularly at low-speed operation. Finally, the effectiveness of
the proposed control is validated in real-time by utilizing a
hardware-in-the-loop (HIL) platform.
Résumé :
Ce document propose une commande sans capteur orientée vers le champ (FOC) d'un moteur à induction à cinq phases enroulant un stateur ouvert. (OESW-FPIM). La technique FOC utilisée est associée à la double modulation spatiale vectorielle (SVM) pour assurer une fréquence de commutation constante et une distorsion harmonique plus faible. En outre, un simple observateur hybride est proposé qui combine un système adaptif de référence de modèle (MRAS) et un observateur en mode glissant (SM). L'observateur examiné est conçu pour l'estimation du débit du rotor et de la vitesse de rotation, ainsi que pour le calcul des perturbations du couple de charge. Le théorème de Lyapunov est utilisé dans ce document pour prouver la stabilité de l'observateur. Le travail présenté dans ce document vise à améliorer le contrôle sans capteurs du moteur étudié et sa robustesse contre les perturbations de charge externes et la variation des paramètres. Dans l'observateur MRAS-SM proposé, le modèle de référence est remplacé par un modèle SM qui utilise une fonction sigmoïde comme fonction de commutation pour surmonter le problème de chattering. Cette combinaison vise à tirer parti des avantages de ces deux stratégies. Dans le même temps, afin de préserver les performances de haut niveau de la technique FOC sans capteur et de réduire les incertitudes du système, un algorithme d'estimation est développé pour identifier simultanément la résistance du rotor et de la stator pendant le fonctionnement du moteur. L'algorithme d'estimation des paramètres est combiné avec le contrôle proposé pour améliorer l'évaluation de la vitesse et la précision du contrôle, en particulier en fonctionnement à basse vitesse. Enfin, l'efficacité du contrôle proposé est validée en temps réel à l'aide d'une plate-forme hardware-in-the-loop (HIL).
Cite this:
S. Khadar, H. Abu-Rub and A. Kouzou, "Sensorless
Field-Oriented Control for Open-End Winding Five-Phase Induction Motor With
Parameters Estimation," in IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, vol. 2, pp. 266-279, 2021, doi: 10.1109/OJIES.2021.3072232.