КЕРУВАННЯ ШВИДКІСТЮ СИНХРОННОГО ДВИГУНА С ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ У КОВЗНОМУ РЕЖИМІ

Микола Островерхов; Денис Коломійчук; Максим Фальченко; Григорій Большаков; Григорій Вещиков

doi:10.20535/1813-5420.1.2024.297574

Автор(и)

Микола Островерхов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-7322-8052
Денис Коломійчук Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0006-0441-8975
Максим Фальченко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-0964-7164
Григорій Большаков Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0002-3339-7625
Григорій Вещиков Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0002-0606-9765

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.1.2024.297574

Ключові слова:

: електропривод, синхронний двигун з постійними магнітами, алгоритм керування, ковзний режим.

Анотація

У роботі розглянута низка алгоритмів керування швидкістю синхронного двигуна з постійними магнітами в ковзному режимі, які забезпечують астатизм першого, другого та третього порядку. У ковзному режимі система керування володіє властивостями, які недосяжні при застосуванні класичних неперервних алгоритмів керування. Алгоритми керування розроблено на основі методу зворотних задач динаміки у поєднанні з мінімізацією локальних функціоналів миттєвих значень енергії. Ідея методу полягає в зворотності прямого методу Ляпунова для дослідження стійкості. Замкнутий контур керування має наперед задану функцію Ляпунова, в якості якої виступає миттєве значення енергії. Особливістю алгоритмів керування є відсутність у них параметрів об'єкта та операцій диференціювання, що полегшує їх практичну реалізацію. Система керування складається з двох регуляторів складових струму статора та регулятора швидкості двигуна. Всі регулятора працюють в ковзному режимі. Сигнали на виході регуляторів складових струму статора та швидкості змінюються стрибком від максимального до мінімального значення. Результати моделювання показали працездатність алгоритмів керування та високу якість керування. Траєкторія пуску двигуна сформована з характерних ділянок постійного, лінійнозростаючого та параболічного сигналу для визначення показників якості керування трьох синтезованих регуляторів швидкості.

Посилання

R. Zhang, Y. Xia, P. Zhu, G. Huang, Y. Zhang and X. Mi, "Speed control of Permanent Magnet Synchronous Motor system using quick-power reaching law based on sliding mode control," 2023 CAA Symposium on Fault Detection, Supervision and Safety for Technical Processes (SAFEPROCESS), Yibin, China, 2023, pp. 1-7, doi: 10.1109/SAFEPROCESS58597.2023.10295830.

M. Ostroverkhov, V. Chumack and E. Monakhov, "Synchronous Axial-Flux Generator with Hybrid Excitation in Stand Alone Mode", 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 2019, pp. 455-459. doi: 10.1109/UKRCON.2019.8879849.

Shchur I., Rusek A., Mandzyuk M. Power effective work of PMSМ in electric vehicles at the account of magnetic saturation and iron losses // Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review). – 2015. – N 1. – P. 199-202, doi:10.15199/48.2015.01.45.

Z. Li, S. Zhou, Y. Xiao and L. Wang, "Sensorless Vector Control of Permanent Magnet Synchronous Linear Motor Based on Self-Adaptive Super-Twisting Sliding Mode Controller," in IEEE Access, vol. 7, pp. 44998-45011, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2909308.

V. Osadchyy, O. Nazarova and V. Brylystyi, "Laboratory Stand for Research of Energy Characteristics of Electric Vehicle Drives," 2021 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2021, pp. 1-4, doi: 10.1109/MEES52427.2021.9598661.

B. Kuznetsov, I. Bovdui and T. Nikitina, "Robust Electromechanical Servo System Parametric Synthesis as Multi Criteria Game Decision Based on Particles Multi Swarm Optimization," 2019 IEEE 5th International Conference Actual Problems of Unmanned Aerial Vehicles Developments (APUAVD), 2019, pp. 206-209.

B. Kuznetsov, I. Bovdui and T. Nikitina, "Multiobjective Optimization of Electromechanical Servo Systems," 2019 IEEE 20th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE), 2019.

S. -z. Zhang and Q. -l. Yang, "A robust sliding-mode control strategy of Permanent Magnet Synchronous Motor," 2010 2nd International Conference on Future Computer and Communication, 2010, pp. V3-457-V3-460, doi: 10.1109/ICFCC.2010.5497551.

C. Li, J. Sun and Y. Guo, "Adaptive integral sliding mode control for permanent magnet synchronous motor speed regulation system," 2020 7th International Forum on Electrical Engineering and Automation (IFEEA), 2020, pp. 465-470, doi: 10.1109/IFEEA51475.2020.00103.

B. Pryymak, S. Korol and M. Ostroverkhov, "Design of a Digital Following System of Welding Robot With a Visual Sensor," IEEE EUROCON 2021 - 19th International Conference on Smart Technologies, Lviv, Ukraine, 2021, pp. 66-70, doi: 10.1109/EUROCON52738.2021.9535643.

B. Pryymak and M. Moreno-Eguilaz, "Characteristics of induction motor drives with torque maximization in field weakening region," 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Kyiv, UKraine, 2017, pp. 508-513, doi: 10.1109/UKRCON.2017.8100292.

G. Panneerselvam, M. Annamalai, Y. H. Joo and P. Mani, "Fuzzy-Based Integral Sliding Mode Control for PMSM With Fractional Stochastic Disturbances," in IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, doi: 10.1109/TSMC.2023.3325043.

B. Sonkriwal, P. R. D and H. Tiwari, "Analysis of Sliding Mode, FUZZY-PI and PI Control Strategies for Permanent Magnetic Synchronous Motor Drive," 2023 IEEE 3rd International Conference on Sustainable Energy and Future Electric Transportation (SEFET), Bhubaneswar, India, 2023, pp. 1-6, doi: 10.1109/SeFeT57834.2023.10245741.

M. Ostroverkhov and M. Buryk, "Vector Control of Field Regulated Reluctance Motor", 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 2019, pp. 486-490. doi: 10.1109/UKRCON.2019.8879902.

N. Ostroverkhov and N. Buryk, "Control System with Field Weakening of Synchronous Motor Drive," 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), Kremenchuk, Ukraine, 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/PAEP49887.2020.9240903.

M. Ostroverkhov, V. Chibelis and M. Falchenko, "Synthesis of Control Algorithms for a Permanent Magnet Synchronous Motor in Sliding Mode," 2022 IEEE 4th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), Kremenchuk, Ukraine, 2022, pp. 1-5, doi:10.1109/MEES58014.2022.10005704.

L. Xiang, W. Yan and J. Zhicheng, "Global Fast Terminal Sliding Mode Control System for Permanent Magnet Synchronous Motor Drive Under Disturbances," 2018 37th Chinese Control Conference (CCC), 2018, pp. 3092-3095, doi: 10.23919/ChiCC.2018.8484001.

X. Sun, H. Yu and X. Liu, "Design and Application of Sliding Mode Controller in PMSM Position Tracking Control Based on Adaptive Backstepping," 2018 Chinese Automation Congress (CAC), 2018, pp. 3507-3511, doi: 10.1109/CAC.2018.8623152.

D. Jin, L. Liu, Q. Lin and D. Liang, "Sensorless Control Strategy of PMSM with Disturbance Rejection Based on Adaptive Sliding Mode Control Law," in IEEE Transactions on Transportation Electrification, doi: 10.1109/TTE.2023.3327144.

J. Hu, H. Lu and X. Tang, "Flux-weakening Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Sliding Mode Active Disturbance Rejection Control," 2022 9th International Forum on Electrical Engineering and Automation (IFEEA), Zhuhai, China, 2022, pp. 833-837, doi: 10.1109/IFEEA57288.2022.10037973.