An energy-efficient torque optimization strategy with field weakening for a state feedback controller with synchronous reluctance motor drive
W przemyśle obserwuje się trend rozwoju układów napędowych z silnikami synchronicznymi reluktancyjnymi (SynRM), wynikający z ich prostej i wytrzymałej konstrukcji oraz braku wykorzystania pierwiastków ziem rzadkich (REE). Maszyny te charakteryzują się wysoką sprawnością i są wykonane z łatwo dostępnych materiałów. Opracowanie energooszczędnej strategii sterowania nie jest zadaniem trywialnym ze względu na zjawisko nasycenia magnetycznego. Bardzo dobre własności dynamiczne układu napędowego można uzyskać poprzez zastosowanie ograniczonego sterownika ze sprzężeniem zwrotnym od pełnego wektora stanu (state feedback controller, SFC). Jednak taka struktura nie pozwala na wykorzystanie klasycznych strategii maksymalizacji momentu elektromagnetycznego, co prowadzi do obniżonej sprawności. W związku z tym konieczne jest opracowanie dedykowanej strategii maksymalizacji momentu dla układów sterowania prędkością kątową opartych na SFC, umożliwiającej pracę energooszczędną. W niniejszej pracy zaproponowano oryginalną strategię maksymalizacji momentu dla napędu SynRM w strukturze SFC. Zapewnienie pracy przy maksymalnym momencie realizowane jest poprzez zastosowanie dedykowanego modułu maksymalizacji momentu (torque maximization unit, TMU), obejmującego strategię maksymalnego momentu na amper (maximum torque per ampere, MTPA) oraz osłabianie pola (field weakening, FW). Strategia MTPA opiera się na trajektorii wyznaczonej offline na podstawie modelu maszyny i zaimplementowanej z wykorzystaniem sztucznej sieci neuronowej trenowanej offline, natomiast strategia FW bazuje na podejściu niezależnym od parametrów maszyny z wykorzystaniem przesunięcia fazy prądu (current phase shifting, CPS). Odporność metody CPS została potwierdzona analitycznie na podstawie analizy małosygnałowej. Wyniki eksperymentalne potwierdzają energooszczędną i stabilną pracę układu zarówno w trybie MTPA, jak i FW. Zaproponowana struktura SFC–TMU została porównana ze stanem techniki w postaci kaskadowej struktury sterowania polowo-zorientowanego (field-oriented control, FOC) opartej na tablicach look-up (lookup table, LUT) w strukturze sterowania kaskadowego (cascade control structure, CCS). Uzyskana trajektoria maksymalizacji momentu jest prawidłowo śledzona i wykazuje wyższą sprawność, przewyższając klasyczną strategię FOC-CCS opartą na tablicach LUT.
Artykuł:
IEEE Transactions on Transportation Electrification
Autorzy z PW:
Lech Grzesiak, Michał Gierczyński
Rok wydania: