Development of an Automatic Parameter Identification Method for PMSM Drives with an LC-Filter

Abstract

I dette projekt fokuseres der på, at udvikle en metode til parameter identifikation af et system med en inverter der styrer en elektrisk motor, hvor der er monteret et LC-filter mellem inverter og motor. En inverter styrer en motor ved pulsbreddemodulation, hvilket grundlæggende fremkommer af, at en række kontakter, mellem en DC forsyn- ing og motoren, slukker og tænder systematisk. I systemer der styres med pulsbred- demodulation, kan der opstå høje spændingsgradienter, hvilket kan føre til uønskede egenskaber. Eksemplerpåuønskedeegenskabererakustiskstøjogbeskadigelseafmo- toren. For at reducere de uønskede egenskaber, implementeres et LC-filter mellem inverter og motor. Normalvis estimeres et systems parametre for effektivt at kunne styremotoren,mennåretLC-filterimplementeresisystemetsåøgeskompleksitetenaf systemet, hvorved identificering af systemets parametre ikke kan ske ved traditionelle metoder. Der ønskes derfor at udvikle en metode til parameteridentifikation, der kan tilsluttes et eksisterende system med LC-filter og derved identifiere systemets parame- ter. Et testsystem har været opstillet i laboratoriet i forbindelse med projektet, bestående af inverter, LC-filter og motor. Systemets komponenter er undersøgt og modeller af systemet er opstillet til simulering på PC. Det simulerede system benyttes til udvikling af en metode til parameter identifikation af systemet, som eftervises på laboratorieop- stillingen. Der udvikles en metode til parameteridentifikation, inspireret af artikler på området. Metoden til parameteridentifikation tager udgangspunkt i at excitere systemet med et pulsbreddemoduleret signal, der er baseret på en tilfældig sekvens af binære tal. Sys- temetsspændinger ogstrømme måles, medegetudviklethardware, ogbruges til, ates- timere systemet udfra spektralanalyse. Et analytisk udtryk for systemet opstilles og en optimeringsalgoritme benyttes til, at tilpasse det analytiske udtryk til det estimerede system, hvorved systemets parametre identificeres. I forbindelse med excitering og måling af systemet, har der været udviklet og fremstil- let hardware specifikt til formålet. Ved design af hardware har der været fokus på præ- cise målinger med høj båndbredde, samt frasortering af støjgradienter. Det designede hardware har været fremstillet i laboratoriet, på Aalborg Universitet, og er fremstillet af projektdeltagerne. Metoden til parameteridentifikation afprøves på det simulerede system, hvor meto- denspræstationevalueres,førmetodenimplementerespålaboratorieopstillingen. Ved implementering i laboratoriet benyttes det egetudviklede hardware, sammen med en indlejret enhed fra National Instruments, til afvikling af det tilhørende software. Det tilhørende software er udviklet til, at kunne fungere, som en stand alone løsning, hvor programmet kan initialiseres og resultater aflæses uden brug af eksternt udstyr. Afslutningsvis undersøges der, hvilke indstillinger af metoden der medfører en effektiv og præcis identifikation af laboratorieopstillings parametre. Der undersøges hvilken indflydelse forskellige indstillinger har på eksekveringstid og resultat af optimeringsal- goritmen.

Thisprojectaimstoovercomethediffi- culties of determining the parameters of a drive system with an inverter, an LC- filter and a motor. A laboratory setup is established with aninverter,anLC-filterandapermanent magnetsynchronousmotor. Thelabora- tory setup is investigated and computer models are developed for simulation. An automatic parameter identification method is designed for a stand alone solution. The method contains system excitation with pulse width modulation, based on a sequence of random binary numbers, frequency response estima- tionfromspectralanalysis,andcurvefit- ting with an optimization algorithm. Customhardwareisdesignforthepur- pose of this project. The hardware is designed for control of an inverter and sampling of signals where high preci- sion, high bandwidth, and noise mitiga- tion is key. The designed hardware is manufactured in the laboratory. The parameter identification method is tested with the simulated system to evaluate the method’s performance. Fi- nally the method is used to determine the parameters of the laboratory setup. The parameter identification method is concluded successful in identifying the parameters of the laboratory setup.

A master thesis from Aalborg University

Development of an Automatic Parameter Identification Method for PMSM Drives with an LC-Filter

[Udvikling af en Automatisk Parameter-Identifikationsmetode til PMSM Drivsystemer med LC-Filter]