БЕЗДАВАЧЕВЕ ВЕКТОРНЕ КЕРУВАННЯ АСИНХРОННИМ ДВИГУНОМ ЕЛЕКТРОМОБІЛЯ З НЕЧІТКИМ АЛГОРИТМОМ АДАПТАЦІЇ СПОСТЕРІГАЧА ШВИДКОСТІ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2024.1.15Ключові слова:
електромобіль, асинхронний двигун, бездавачевий привод, векторне керування, спостерігач швидкості, нечіткий алгоритмАнотація
Завдяки високій надійності та порівняно низькій вартості асинхронні двигуни (АД) досить широко застосовуються в електромобілях. У сучасних перспективних системах бездавачевого векторного керування АД замість вимірюваної швидкості ротора використовується її оцінка, яка отримується за допомогою спостерігача швидкості (СШ). Перевагами бездавачевого керування є краща завадостійкість, вища надійність та нижча вартість системи автоматичного керування (САК) АД. Важливою особливістю бездавачевої САК АД є те, що для поліпшення її динаміки слід у першу чергу поліпшувати динаміку СШ, яка детермінується алгоритмом роботи механізму адаптації. За використання традиційного пропорційно-інтегрального (ПІ) алгоритму адаптації СШ підвищення швидкодії системи може супроводжуватися небажаним зростанням коливальності перехідних процесів, що призводить до збільшення втрат енергії в АД. Тому задача удосконалення алгоритму адаптації СШ в САК АД електромобіля на сьогодні є важливою та актуальною. Метою роботи є побудова та дослідження системи векторного керування бездавачевим АД електромобіля із застосуванням нечіткого ПІ алгоритму адаптації СШ. Для поліпшення властивостей системи бездавачевого векторного керування АД електромобіля запропоновано в блоці адаптації спостерігача швидкості замість традиційного ПІ алгоритму використати його нечітку версію – фазі-ПІ (ФПІ) алгоритм. Синтезовано блок фазілогіки ФПІ алгоритму із двома вхідними та одною вихідною лінгвістичними змінними. Кожній лінгвістичній змінній відповідали сім термів, серед функцій належності яких п’ять мали форму трикутника, а дві – форму трапеції. Результати математичного моделювання показали, що використання ФПІ алгоритму адаптації СШ дозволяє істотно покращити динамічні та енергетичні характеристики САК АД. У перехідних процесах компенсування зміни навантаження двигуна динамічне відхилення швидкості та час регулювання зменшуються відповідно на 12% та 22%. Втрати енергії у перехідних процесах при східчастому завданні швидкості та накиді навантаження знижуються відповідно на 13,3% та 9,8%.
Посилання
Bitar, Z., Al Jabi, S. Studying the performances of induction motor used in electric car. Energy Procedia. 2014. Vol. 50. P. 342–351. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.06.041
Pryymak B. Induction Motor Control System of Electric Vehicle with Improved Dynamics in Field Weakening Region. Proceedings of the IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). 2019. P. 615-620. DOI: 10.1109/UKRCON.2019.8880012
Pryymak B., Moreno-Eguilaz M. Characteristics of Induction Motor Drives with Torque Maximization in Field Weakening Region. Proceedings of the IEEE 1st Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). 2017. P. 508-513. DOI: 10.1109/ukrcon.2017.8100292
Stănică, D. M., Bizon, N., Arva, M. C. A brief review of sensorless AC motors control. Proceedings of the IEEE 13th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence (ECAI). 2021. P. 1–7. DOI: https://doi.org/10.1109/ECAI52376.2021.9515049
Xu D., Wang B., Zhang G., Wang G., Yu Y. A review of sensorless control methods for AC motor drives. CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2018. Vol. 2, No. 1. P. 104–115. DOI: https://doi.org/10.23919/TEMS.2018.8326456
Zerdali, E., Barut, M. The comparisons of optimized extended Kalman filters for speed-sensorless control of induction motors. IEEE Transactions on industrial electronics. 2017. Vol. 64, No. 6. P. 4340–4351. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2674579
Shi K.L., Chan T.F., Wong Y.K., Ho S.L. Speed estimation of an induction motor drive using an optimized extended Kalman filter. IEEE Transactions on industrial electronics. 2002. Vol. 49, No. 1. P. 124–133. DOI: https://doi.org/10.1109/41.982256
Iqbal A., Khan M. R. Sensorless control of a vector controlled three-phase induction motor drive using artificial neural network. Joint International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems. 2010. P. 1–5, DOI: https://doi.org/10.1109/PEDES.2010.5712474.
Gadoue S.M., Giaouris D., Finch J.W. Sensorless control of induction motor drives at very low and zero speeds using neural network flux observers. IEEE Transactions on industrial electronics. 2009. Vol. 56, No. 8. P. 3029–3039. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2024665
Zorgani, Y. A., Koubaa Y., Boussak, M. Sensorless speed control with MRAS for induction motor drive, Proceedings of the XXth International Conference on Electrical Machines, Marseille, France. 2012. P. 2259–2265, DOI: https://doi.org/10.1109/ICElMach.2012.6350196.
Kubota H., Matsuse K. Speed sensorless field-oriented control of induction motor with rotor resistance adaptation. IEEE Transactions on industrial Applications. 1994. Vol. 30, No 5. P. 1219–1224. DOI: 10.1109/28.315232
Xu, Z., Shao, C., Feng, D. A MRAS method for sensorless control of induction motor over a wide speed range. Journal of Control Theory and Applications. 2011. Vol. 9, No. 2. P. 203–209. DOI: https://doi.org/10.1007/s11768-011-8202-y
Orlowska-Kowalska T., Dybkowski M. Stator-Current-Based MRAS Estimator for a Wide Range Speed-Sensorless Induction Motor Drive. IEEE Transactions on industrial electronics. 2010. Vol. 57, No. 4. P. 1296–1308. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2031134
Teja, A. R., Chakraborty, C., Maiti, S., Hori, Y. A new model reference adaptive controller for four quadrant vector controlled induction motor drives. IEEE transactions on industrial electronics. 2011. Vol. 59, No. 10. P. 3757–3767. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2011.2164769
Vasic V. Vukosavic S.N., Levi E. A stator resistance estimation scheme for speed sensorless rotor flux oriented induction motor drives. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2003. Vol. 18, No. 4. P. 476–483. DOI: 10.1109/TEC.2003.816595
Приймак Б.І., Красношапка Н.Д., Лозада Ф., Долганов О.О. Динамічні властивості системи бездавачевого векторного керування асинхронним приводом електромобіля. Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. – 2018. – Вип. 49. – С. 51–60. Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ PIED_2018_49_9
Novotny D.W., Lipo T.A. Vector control and dynamics of AC drives. Oxford: Clarendon press, 2005, 440 p.
Ibrahim, Z., Levi, E. A comparative analysis of fuzzy logic and PI speed control in high-performance AC drives using experimental approach. IEEE Transactions on Industry Applications. 2002. Vol. 38, No. 5. P. 1210–1218. DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2002.802993
