Sensorless Control of PMSM Drive Using Sliding-Mode-Observers
Authors
Temesi, Barna Marcell ; Gautadottir, Una Gudrun
Term
4. term
Education
Publication year
2020
Submitted on
2020-05-29
Pages
118
Abstract
This project develops a sensorless control solution for a surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM), meaning rotor position and speed are estimated from voltages and currents instead of using physical sensors. The work begins with a dynamic motor model and the design of field-oriented control (FOC), a common method for precise AC motor control. Several estimators for rotor state are then created: a closed-loop flux observer, a first-order sliding-mode observer, a second-order sliding-mode observer, and a first-order sliding-mode observer formulated in the dq reference frame (a rotating coordinate system that simplifies motor control). Two compensators are added: a voltage error compensator for the voltage-source inverter (VSI) and a feed-forward load torque compensator to assist during rapid changes. The estimators are compared in standardized simulations, where the dq-frame sliding-mode observer delivers the best overall performance. The feed-forward torque compensator improves transient response. The voltage error compensator and observer robustness are validated in laboratory tests with good results. Finally, the first-order sliding-mode observer (SMO) is compared to the second-order version (STO), and the lab results show trends consistent with the simulations.
Dette projekt udvikler en sensorløs styring til en overflademonteret permanentmagnet-synkronmotor (SPMSM) – en motortype, hvor vi styrer hastighed og position uden fysiske sensorer ved i stedet at beregne dem ud fra strømme og spændinger. Først opstilles en dynamisk model af motoren, og der designes feltorienteret styring (FOC), som er en udbredt metode til præcis regulering af AC-motorer. Derefter udvikles flere metoder til at estimere rotorens tilstand: en lukket kredsløbs fluxobservatør, en førsteordens sliding‑mode‑observatør, en andenordens sliding‑mode‑observatør samt en førsteordens sliding‑mode‑observatør i dq‑referencerammen (et roterende koordinatsystem, der forenkler motorstyring). To kompensatorer tilføjes: en spændingsfejlkompensator for spændingskilde‑inverteren (VSI) og en feed‑forward belastningsmomentkompensator, der hjælper under hurtige ændringer. I standardiserede simuleringstests sammenlignes alle estimatorerne, og dq‑rammens sliding‑mode‑observatør giver den bedste samlede ydelse. Feed‑forward momentkompensatoren forbedrer den forbigående (transiente) respons. Spændingsfejlkompensatoren og observatørernes robusthed afprøves i laboratoriet med gode resultater. Til sidst sammenlignes den førsteordens sliding‑mode‑observatør (SMO) med den andenordens version (STO), og laboratoriemålinger viser samme tendenser som i simuleringerne.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords