Kalman Filter and model reference adaptive system-based sensorless control of surface-mounted permanent magnet synchronous machine with non-sinusoidal back-electromotive force (2025)
- Authors:
- Autor USP: SANTOS, STEFAN THIAGO CURY ALVES DOS - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SEL
- DOI: 10.11606/T.18.2025.tde-07052025-155507
- Subjects: MÁQUINAS SÍNCRONAS; FILTROS DE KALMAN
- Keywords: Controle sem sensores de posição.; Força contraeletromotriz não- senoidal.; Máquina síncrona com ímã permanente.; Sistema adaptativo por modelo de referência.
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Dada a relevância do controle sem sensores de posição e velocidade (em inglês, sensorless) de máquinas síncronas com ímã permanente (MSIP) na superfície do rotor (MSIPS) e os desafios envolvidos na estimação de posição e velocidade da MSIPS com força contraeletromotriz (FCEM) não-senoidal, este trabalho se propõe a estudar métodos sensorless para médias e altas velocidades e a sugerir alternativas às técnicas existentes na literatura para este tipo de máquina. Duas novas abordagens são propostas: a primeira é baseada no filtro de Kalman clássico e infere a posição do rotor da máquina a partir da estimação da FCEM em referencial αβ e a segunda, para estimação da velocidade do rotor, consiste em uma nova lei de adaptação, calculada no referencial dqx, para estimação com sistema adaptativo por modelo de referência (em inglês, model reference adaptive system - MRAS). Ambos os métodos propostos levam em consideração a característica não-senoidal da FCEM e são apropriados para qualquer MSIPS. A solução baseada em MRAS também é adequada para a MSIP com ímã no interior do rotor. O controle vetorial da MSIPS é implementado no referencial dqx. Os resultados obtidos experimentalmente compararam os métodos propostos, denominados resumidamente KF (proposto) e MRAS dqx, com outros três já consolidados na literatura: filtro de Kalman estendido para estimação direta de posição e velocidade (denominado EKF); filtro de Kalman clássico para estimação de FCEM ignorando a dinâmica daFCEM (KF (e = 0)); e filtro de Kalman clássico para estimação de FCEM ignorando os componentes harmônicos da FCEM além do fundamental (KF (senoidal)). KF (e = 0), KF (senoidal) e KF (proposto) usam concomitantemente o método proposto baseado em MRAS para estimação de velocidade. As cinco abordagens são comparadas entre si com respostas em regime transitório (comandos em degrau para variação de velocidade e reversão) e permanente (velocidades de 20 rad/s a 140 rad/s em passos de 20 rad/s, com e sem torque de carga). São verificados também a velocidade mínima de operação sem carga e o tempo de execução de cada método. Todas as técnicas mostram desempenho semelhante em relação à dinâmica de velocidade medida e estimada em testes transitórios, bem como velocidades mínimas de operação semelhantes, ainda que apenas EKF e MRAS dqx tenham se mostrado capazes de realizar a reversão da máquina e de manter o sistema estável abaixo da velocidade mínima de operação. Quanto aos testes em regime permanente, KF (proposto) mostra ótima estimação de posição na faixa de velocidades entre 20 rad/s e 80 rad/s, o que resulta em baixas ondulações de torque. Já MRAS dqx apresenta excelentes resultados acima de 100 rad/s, com os menores erros de estimação de posição e ondulações de torque. Quanto ao custo computacional, MRAS dqx tem o menor tempo de execução e KF (proposto) fica em terceiro, com tempo pouco maior que KF (e = 0). Portanto, os resultados experimentais demonstram a efetividade e autilidade dos métodos propostos no controle sensorless da MSIPS com FCEM não-senoidal, bem como vantagens sobre outras técnicas já existentes e consolidadas na literatura
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 27.03.2025
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo é de acesso aberto
- URL de acesso aberto
- Cor do Acesso Aberto: gold
- Licença: cc-by-nc-sa
-
ABNT
SANTOS, Stefan Thiago Cury Alves dos. Kalman Filter and model reference adaptive system-based sensorless control of surface-mounted permanent magnet synchronous machine with non-sinusoidal back-electromotive force. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-07052025-155507/. Acesso em: 24 dez. 2025. -
APA
Santos, S. T. C. A. dos. (2025). Kalman Filter and model reference adaptive system-based sensorless control of surface-mounted permanent magnet synchronous machine with non-sinusoidal back-electromotive force (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-07052025-155507/ -
NLM
Santos STCA dos. Kalman Filter and model reference adaptive system-based sensorless control of surface-mounted permanent magnet synchronous machine with non-sinusoidal back-electromotive force [Internet]. 2025 ;[citado 2025 dez. 24 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-07052025-155507/ -
Vancouver
Santos STCA dos. Kalman Filter and model reference adaptive system-based sensorless control of surface-mounted permanent magnet synchronous machine with non-sinusoidal back-electromotive force [Internet]. 2025 ;[citado 2025 dez. 24 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-07052025-155507/ - Operação de motor de indução trifásico conectado à rede por meio de um conversor de nove chaves com fator de potência adiantado
- Improved estimation of non-sinusoidal back-EMF with Kalman filter applied to surface-mounted permanent magnet synchronous machines
- Multilayer perceptron artificial neural network-based solution for interharmonics diagnosis in frequency spectra
- Comparison of energy management strategies for an e-racing vehicle with hybrid energy storage
- Servo actuators with induction motor using predictive current control with duty cycle optimization
- Adaptive PLL for frequency and position estimation of electric machines
- Finite control-set model predictive torque control of nonsinusoidal PMSM: a generalized approach for torque ripple mitigation and MTPA operation
- Design of IPMSM with reduced torque ripple through advanced sine-shaped poles
- Performance-based design of pseudo-sliding mode speed control for electrical motor drives
- Decoupled predictive current control with duty-cycle optimization of a grid-tied nine-switch converter applied to an induction generator
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.18.2025.tde-07052025-155507 (Fonte: oaDOI API)
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
