Hız-Algılayıcılı Doğrudan Vektör Kontrollü Asenkron Motor Sürücüleri için İndirgenmiş Dereceli Genişletilmiş Kalman Fitresi Tabanlı Stator ve Rotor Direnci Kestiricisi

Yıl 2018, Cilt: 8 Sayı: 1, 79 - 84, 30.06.2018

Rıdvan Demir Murat Barut Recep Yıldız Emrah Zerdali Remzi İnan

Öz

Bu çalışmada, hız-algılayıcılı doğrudan vektör kontrollü
asenkron motor (ASM) sürücüleri için indirgenmiş dereceli yeni bir
genişletilmiş Kalman filtresi (İDGKF) tabanlı kestirici tasarlanarak benzetim
temelli olarak gerçeklenmektedir. Önerilen İDGKF ile DVK tabanlı ASM sürücüsü
için gerekli olan stator duran eksen takımındaki rotor akılarının αβ- bileşenlerine
(ϕ_α ve ϕ_β'ya) ilave olarak değeri
sıcaklık ve frekansla değişen stator direnci (R_s) ve rotor direnci (R_r) anma hızı, orta hız ve
düşük/sıfır hız bölgelerinde eş zamanlı olarak kestirilmektedir. Hız, yük
momenti (t_L), R_r ve R_s'nin zorlayıcı değişimleri
altında üretilen senaryolar ile test edilen İDGKF'ye ilişkin benzetim temelli
kestirim sonuçları ve bu yüzden DVK'lı ASM sürücüsünün kontrol başarımı oldukça
tatmin edicidir. Ayrıca İDGKF algoritmasının tam dereceli eşdeğerine göre daha
az hesap yükü gerektirdiği bu çalışma kapsamında onaylamaktadır.

Anahtar Kelimeler

Asenkron motor, doğrudan vektör kontrol, parametre kestirimi, genişletilmiş Kalman filtresi

Reduced Order Extended Kalman Filter based Stator and Rotor Resistance Estimator for Speed-Sensored Direct Vector Controlled Induction Motors Drives

Öz

In this study, speed-sensored direct vector control of induction motors (IMs) is implemented by proposing and using a novel reduced order extended Kalman filter (ROEKF). In addition to αβ-components of rotor fluxes in stator stationary axis (ϕ_α and ϕ_β), stator resistance (R_s) and rotor resistance (R_r) whose values vary according to temperature and frequency are simultaneously estimated by the proposed ROEKF in a wide speed range. Under challenging variations of rotor angular velocity, load torque (t_L), Rr, and R_s the obtained simulation based estimation results associated with the ROEKF and thus control performances of the designed direct vector controlled IM drive are quite satisfactory and validate to require less computational load then its full-order counter part.

Anahtar Kelimeler

Induction motor, Direct vector control, parameter estimation, extended Kalman filter

Kaynakça

• Salmasi, F. R. and Najafabadi, T. A., “An Adaptive Observer With Online Rotor and Stator Resistance Estimation for Induction Motors With One Phase Current Sensor,” IEEE Trans. on Energy Conversion, 46(8)., 1209-1222, 2011.
• Shinohara K, Nagano, T., Arima, H. and Mustafa, W. Z. W., “Online tuning method of stator and rotor resistances in both motoring and regenerating operations for vector-controlled induction machines,” Elect. Eng. Jpn., 135(1)., 56-64, 2001
• Karanayil, B., Rahman, M. F. and Grantham, C., “Stator and rotor resistance observers for induction motor drive using fuzzy logic and artificial neural networks,” IEEE Trans. on Energy Conversion, 20(4)., 771-780, 2005.
• Talla, J., Peroutka, Z., Blahnik, V. and Streit, L., “Rotor and stator resistance estimation of induction motor based on augmented EKF,” 2015 International Conference on Applied Electronics (AE) 253-258, Sep. 2015.
• Kan, J., Zhang, K. and Wang, Z. “Indirect vector control with simplified rotor resistance adaptation for induction machines,” IET Power Electron., 1284-1294, 2015.
• Kanwal K. and Singh, M., “Rotor resistance estimation for induction motor using model reference adaptive controller,” 2016 IEEE 7th Power India International Conference (PIICON), Bikaner, India, 1-6, 25-27 Nov. 2016.
• Chacko, S., Bhende, C. N., Jain, S. and Nema, R. K., “PSO based online tuning of PI controller for estimation of rotor resistance of indirect vector controlled induction motor drive,'' 2016 International Conference on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT), Chennai, India, 4606-4611, 3-5 March 2016.
• Arunachalam, V., Srinivasan, H. and Muthuramalingam, A., ``A novel NN based rotor flux MRAS to overcome low speed problems for rotor resistance estimation in vector controlled IM drives,'' Front. Energy, 10(4)., 382-392, 2016.
• Mapelli, F. L., Tarsitano, D. and Cheli, F., “MRAS rotor resistance estimators for EV vector controlled induction motor traction drive: Analysis and experimental results,'' Electric Power Systems Research, 298-307, 2017.
• Bazylev, D.N., Doria-Cerezo, A., Pyrkin, A. A., Bobtsov, A. A. and Ortega, R., “New Approach for Flux and Rotor Resistance Estimation of Induction Motors,” IFAC-Pap., 50(1)., 1885-1890, 2017.
• Demir, R., Barut, M., Yildiz, R., Inan, R. and Zerdali, E., “EKF based rotor and stator resistance estimations for direct torque control of Induction Motors,”' 2017 International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM) & 2017 Intl Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics (ACEMP), Brasov, Romania, 376-381, 25-27 May 2017.
• Demir, R., Barut, M., Yildiz, R., Zerdali, E. and Inan, R. “Asenkron Motorların hız-algılayıcılı Doğrudan Vektör Kontrolü için İndirgenmiş Dereceli Genişletilmiş Kalman Fitresi Tabanlı Stator ve Rotor Direnci Kestirimi,” 1. Ulusal Elektrik Enerjisi Dönüşümü Kongresi , Elazığ, Türkiye, 189-193, 21-22 Eylül 2017.
• Barut, M. “Bi Input-extended Kalman filter based estimation technique for speed-sensorless control of induction motors”, Energy Conversion and Management, pp. 2032-2040, 2010.