Energy-efficient predictive control for field-orientation induction machine drives

Abstract

Мета. Підвищити енергоефективність векторно-керованого асинхронного електропривода під час перехідних процесів, коли змінюються умови навантаження, ураховуючи ефект насичення магнітної індукції. Методика. Задача оптимального керування визначається як мінімізація інтегралу втрат енергії. Алгоритм, що застосовується у цій роботі, використовує Matlab/Simulink, інтерфейс реального часу dSPACE та мову C. Обробка програм у режимі реального часу виконується в експериментальному програмному забезпеченні ControlDesk. Результати. Розроблена дискретна модель з інтегрованою схемою на базі методу прогнозування, де оптимізація проводиться в режимі онлайн на кожному етапі вибірки. Оптимальна траєкторія струму намагнічування визначається таким чином, що втрати мінімізуються в широкому робочому діапазоні. Додатково надається порівняння результатів вимірювань зі звичайними методами, що підтверджує переваги та ефективність схеми управління. Наукова новизна. Для вирішення заданої задачі використовується інформаційний вектор про поточний стан координат електромеханічної системи для формування керуючого впливу в динамічному режимі роботи. Уперше процес формування елементів керування враховує поточний стан і бажаний майбутній стан системи в області реального часу. Практична значимість. Прогнозний ітеративний підхід для оптимального рівня потоку асинхронної машини важливий для створення необхідного електромагнітного крутного моменту та одночасного зменшення потужності втрат.

Purpose. To improve the efficiency of the closed-cycle operation of the field-orientation induction machine in dynamic behavior when load conditions are changing, considering the nonlinearities of the main inductance. Methodology. The optimal control problem is defined as the minimization of the time integral of the energy losses. The algorithm observed in this paper uses the Matlab/Simulink, dSPACE real-time interface, and C language. Handling real-time applications is made in ControlDesk experiment software for seamless ECU development. Findings. A discrete-time model with an integrated predictive control scheme where the optimization is performed online at every sampling step has been developed. The optimal field-producing current trajectory is determined, so that the copper losses are minimized over a wide operational range. Additionally, the comparison of measurement results with conventional methods is provided, which validates the advantages and performance of the control scheme. Originality. To solve the given problem, the information vector on the current state of the coordinates of the electromechanical system is used to form a controlling influence in the dynamic mode of operation. For the first time, the formation process of controls has considered the current state and the desired future state of the system in the real-time domain. Practical value. A predictive iterative approach for optimal flux level of an induction machine is important to generate the required electromagnetic torque and to reduce power losses simultaneously.