Model-Based Position Estimation for Synchronous Reluctance Motor Drives

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Hinkkanen, Marko, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
dc.contributor.author Tuovinen, Toni
dc.date.accessioned 2014-06-26T09:00:11Z
dc.date.available 2014-06-26T09:00:11Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.isbn 978-952-60-5727-9 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5726-2 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/13577
dc.description.abstract This thesis deals with model-based position-estimation methods for synchronous reluctance motor drives. The position estimation methods should be robust against modeling uncertainties, and reliable position information should be obtained at all speeds, including standstill. Since the considered position-estimation methods are model based, methods to obtain the model parameters under normal operation of the drive are proposed. Three observer structures are studied: a first-order observer, a reduced-order observer and a speed-adaptive full-order observer. The stability of the observers is studied via small-signal linearization under erroneous model parameters. Based on the analysis, robust gain selections are proposed with maximal tolerance for model parameter uncertainties. For improved performance, the observers are augmented with parameter adaptation laws. The first-order observer and the reduced-order observer are augmented with resistance adaptation laws at low speeds, using information from the back-electromotive force. The speed-adaptive full-order observer is augmented with inductance adaptation law at high speed, using information from the back-electromotive force. At low speeds, the speed-adaptive full-order observer is augmented with resistance adaptation law, using information from high-frequency signal injection. The stability of the augmented observers are studied via small-signal linearization under erroneous model parameters. Based on the analysis, stabilizing gain selections are proposed. The observers are experimentally evaluated using a 6.7-kW synchronous reluctance motor drive. The first-order observer seems unsuitable for these. The behaviour of the reduced-order observer is closely related to the behaviour of the speed-adaptive full-order observer, but the speed-adaptive full-order observer can be made less sensitive to parameter variations and measurement noise due to the additional degrees of freedom. When the speed-adaptive full-order observer is augmented with parameter-adaptation laws, small position-estimation error is obtained at all speeds, including standstill. en
dc.description.abstract Tämä väitöskirja käsittelee mallipohjaisia menetelmiä reluktanssitahtimoottorikäyttöjen roottorin asennon estimointiin. Estimointimenetelmien tulee olla robusteja mallin parametrivirheille, ja asentotiedon on oltava luotettava kaikilla nopeuksilla. Koska työssä tutkittavat estimointimenetelmät ovat mallipohjaisia, menetelmiä mallien parametrien ajonaikaiselle estimoinnille on ehdotettu. Työssä on tutkittu kolmea havaitsijarakennetta: ensimmäisen kertaluvun havaitsijaa, vähennetyn kertaluvun havaitsijaa ja adaptiivista täyden kertaluvun havaitsijaa. Havaitsijoiden stabiiliutta on tarkasteltu linearisoidulla piensignaalimallilla mallin parametrien ollessa virheellisiä. Analyysin pohjalta on johdettu havaitsijoiden vahvistuksille ehdot, jotka maksimoivat havaitsijoiden toleranssin parametrivirheille. Suorituskyvyn parantamiseksi havaitsijoita on laajennettu parametrien adaptointimekanismeilla. Pienillä nopeuksilla ensimmäisen kertaluvun havaitsijaa ja vähennetyn kertaluvun havaitsijaa laajennetaan resistanssin adaptointimekanismilla, joka pohjautuu vastasähkömotoriseen voimaan. Suurilla nopeuksilla täyden kertaluvun havaitsijaa laajennetaan vastasähkömotoriseen voimaan perustuvalla induktanssien adaptoinnilla. Pienillä nopeuksilla täyden kertaluvun havaitsijaa laajennetaan signaali-injektioon perustuvalla resistanssin adaptoinnilla. Laajennettujen havaitsijoiden stabiiliutta on tarkasteltu linearisoidulla piensignaalimallilla mallin parametrien ollessa virheellisiä. Analyysin pohjalta on johdettu havaitsijoiden vahvistuksille stabiilin toiminnan ehdot. Havaitsijoiden suorituskykyä on arvioitu kokeellisesti 6,7 kW:n reluktanssitahtimoottorikäytöllä. Tulosten perusteella ensimmäisen kertaluvun havaitsija soveltuu huonosti reluktanssitahtimoottoreille. Vähennetyn kertaluvun havaitsija on ominaisuuksiltaan lähellä adaptiivista täyden kertaluvun havaitsijaa, mutta ylimääräisten vapausasteiden vuoksi adaptiivinen täyden kertaluvun havaitsija on vähemmän herkkä parametrivirheille ja mittauskohinalle. Parametrien adaptointimekanismeilla laajennetulla adaptiivisella täyden kertaluvun havaitsijalla saavutetaan pieni estimointivirhe kaikilla nopeuksilla, myös nollanopeudella. fi
dc.format.extent 63 + app. 73
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 86/2014
dc.relation.haspart [Publication 1]: M. Hinkkanen, T. Tuovinen, L. Harnefors, and J. Luomi. Analysis and design of a position observer with stator-resistance adaptation for PMSM drives. In International Conference on Electrical Machines (ICEM’10), 6 pp., Rome, Italy, September 2010. DOI: 10.1109/ICELMACH.2010.5607900
dc.relation.haspart [Publication 2]: T. Tuovinen, M. Hinkkanen, L. Harnefors, and J. Luomi. A reduced-order position observer with stator-resistance adaptation for synchronous reluctance motor drives. In International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC 2010), 6 pp., Ohrid, Republic of Macedonia, September 2010. DOI: 10.1109/EPEPEMC.2010.5606645
dc.relation.haspart [Publication 3]: Z. Qu, T. Tuovinen and M. Hinkkanen. Inclusion of magnetic saturation in dynamic models of synchronous reluctance motors. In International Conference on Electrical Machines (ICEM’12), pp. 994-1000, Marseille, France, September 2012. DOI: 10.1109/ICElMach.2012.6349997
dc.relation.haspart [Publication 4]: T. Tuovinen, M. Hinkkanen, and J. Luomi. Analysis and design of a position observer with resistance adaptation for synchronous reluctance motor drives. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 49, issue 1, pp. 66-73, January/February 2013. DOI: 10.1109/TIA.2012.2228616
dc.relation.haspart [Publication 5]: T. Tuovinen, M. Hinkkanen, L. Harnefors, and J. Luomi. Comparison of a reduced-order observer and a full-order observer for sensorless synchronous motor drives. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 48, issue 6, pp. 1959-1967, November/December 2012. DOI: 10.1109/TIA.2012.2226200
dc.relation.haspart [Publication 6]: T. Tuovinen and M. Hinkkanen. Adaptive full-order observer with high-frequency signal injection for synchronous reluctance motor drives. Accepted for publication in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 2, issue 2, pp. 181-189, June 2014.
dc.relation.haspart [Publication 7]: T. Tuovinen and M. Hinkkanen. Signal-injection assisted full-order observer with parameter adaptation for synchronous reluctance motor drives. Accepted for publication in IEEE Transactions on Industry Applications, 12 pp., in press.
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.title Model-Based Position Estimation for Synchronous Reluctance Motor Drives en
dc.title Reluktanssitahtimoottorikäyttöjen mallipohjainen asennon estimointi fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Sähkötekniikan ja automaation laitos fi
dc.contributor.department Department of Electrical Engineering and Automation en
dc.subject.keyword inductance adaptation en
dc.subject.keyword observer en
dc.subject.keyword parameter adaptation en
dc.subject.keyword sensorless en
dc.subject.keyword signal injection stability conditions en
dc.subject.keyword resistance adaptation en
dc.subject.keyword robustness en
dc.subject.keyword induktanssin adaptointi fi
dc.subject.keyword havaitsija fi
dc.subject.keyword parametrien adaptointi fi
dc.subject.keyword anturiton fi
dc.subject.keyword signaali-injektio fi
dc.subject.keyword stabiiliusehdot fi
dc.subject.keyword resistanssin adaptointi fi
dc.subject.keyword robustius fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5727-9
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Luomi, Jorma, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
dc.contributor.supervisor Hinkkanen, Marko, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
dc.opn Pellegrino, Gianmario, Prof., Politecnico di Torino, Torino, Italy
dc.contributor.lab Electric Drives en
dc.rev Boldea, Ion, Prof., University Politehnica, Timisoara, Romania
dc.rev Kamper, Maarten, Prof., Stellenbosch University, Matieland, South Africa
dc.date.defence 2014-08-20


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account