This thesis aims to study and develop an observer based on the sliding mode technique (SMO) for sensorless control of a permanent magnet synchronous motor. The main objective is to design an observer capable of estimating the motor's state variables, such as rotor position and speed, with high accuracy, thereby enabling the implementation of efficient control without the use of physical sensors. In particular, a Super-Twisting Sliding-Mode Observer (STSMO) has been implemented, which, unlike traditional sliding-mode observers, is less sensitive to the "chattering" phenomenon. The observer is integrated into a complete control system, which also utilizes sliding mode control (SMC) for both speed regulation and motor current control. The project implementation was carried out in the MATLAB Simulink environment, leveraging the capabilities of a proprietary simulator provided by Whirlpool in Fabriano. This simulator provided the necessary tools for modeling and simulating the PMSM and the control system, allowing for testing and optimizing the proposed observer under realistic operating conditions. During the simulation phase, the performance of the SMC control, combined with the STSMO, was compared to that of the PI control currently employed in Whirlpool productions, integrated with a Luenberger observer. The validity and effectiveness of the proposed approach were tested through simulations and practical experiments to evaluate the system's performance and its ability to maintain stable and precise control even in the presence of disturbances. The combination of the observer and sliding mode control has proven to be a valid solution for controlling PMSM motors, offering performance equivalent to traditional solutions but with the advantage of greater robustness against variations in system parameters.

Questa tesi si propone di studiare e sviluppare un osservatore basato sulla tecnica sliding mode (SMO) per il controllo sensorless di un motore sincrono a magnete permanente. L’obiettivo principale è progettare un osservatore in grado di stimare con elevata precisione le variabili di stato del motore, come la posizione e la velocità del rotore, consentendo così di implementare un controllo efficiente senza l’uso di sensori fisici. In particolare è stato implementato un osservatore Super-Twisting Sliding-Mode (STSMO), che a differenza dei tradizionali osservatori sliding-mode risulta meno sensibile al fenomeno del “chattering”. L’osservatore è integrato in un sistema di controllo completo, che sfrutta a sua volta la tecnica sliding mode (SMC) sia per la regolazione della velocità sia per il controllo della corrente del motore. L’implementazione del progetto è stata realizzata in ambiente MATLAB Simulink, sfruttando le potenzialità di un simulatore proprietario messo a disposizione dalla Whirlpool di Fabriano. Tale simulatore ha fornito gli strumenti utili alla modellazione e alla simulazione del PMSM e del sistema di controllo, permettendo di testare e ottimizzare l’osservatore proposto in condizioni operative realistiche. In fase di simulazione, le prestazioni del controllo SMC, in combinazione con lo STSMO, sono state confrontate con quelle del controllo PI, attualmente impiegato nelle produzioni Whirlpool, integrato con un osservatore di Luenberger. La validità e l’efficacia dell’approccio proposto sono state testate mediante simulazioni e sperimentazioni pratiche, al fine di valutare le prestazioni del sistema e la sua capacità di mantenere un controllo stabile e preciso anche in presenza di disturbi. La combinazione di osservatore e controllo sliding mode si è dimostrata una soluzione valida per il controllo di motori PMSM, offrendo prestazioni equivalenti a quelle delle soluzioni tradizionali, ma con il vantaggio di una maggiore robustezza contro le variazioni dei parametri del sistema.

Controllo Sensorless basato su un Osservatore Sliding Mode per un PMSM: validazione sperimentale su un elettrodomestico

BRASILI, ELEONORA
2023/2024

Abstract

This thesis aims to study and develop an observer based on the sliding mode technique (SMO) for sensorless control of a permanent magnet synchronous motor. The main objective is to design an observer capable of estimating the motor's state variables, such as rotor position and speed, with high accuracy, thereby enabling the implementation of efficient control without the use of physical sensors. In particular, a Super-Twisting Sliding-Mode Observer (STSMO) has been implemented, which, unlike traditional sliding-mode observers, is less sensitive to the "chattering" phenomenon. The observer is integrated into a complete control system, which also utilizes sliding mode control (SMC) for both speed regulation and motor current control. The project implementation was carried out in the MATLAB Simulink environment, leveraging the capabilities of a proprietary simulator provided by Whirlpool in Fabriano. This simulator provided the necessary tools for modeling and simulating the PMSM and the control system, allowing for testing and optimizing the proposed observer under realistic operating conditions. During the simulation phase, the performance of the SMC control, combined with the STSMO, was compared to that of the PI control currently employed in Whirlpool productions, integrated with a Luenberger observer. The validity and effectiveness of the proposed approach were tested through simulations and practical experiments to evaluate the system's performance and its ability to maintain stable and precise control even in the presence of disturbances. The combination of the observer and sliding mode control has proven to be a valid solution for controlling PMSM motors, offering performance equivalent to traditional solutions but with the advantage of greater robustness against variations in system parameters.
2023
2024-10-24
Sliding Mode Observer based Sensorless Control of a PMSM: experimental validation on an appliance
Questa tesi si propone di studiare e sviluppare un osservatore basato sulla tecnica sliding mode (SMO) per il controllo sensorless di un motore sincrono a magnete permanente. L’obiettivo principale è progettare un osservatore in grado di stimare con elevata precisione le variabili di stato del motore, come la posizione e la velocità del rotore, consentendo così di implementare un controllo efficiente senza l’uso di sensori fisici. In particolare è stato implementato un osservatore Super-Twisting Sliding-Mode (STSMO), che a differenza dei tradizionali osservatori sliding-mode risulta meno sensibile al fenomeno del “chattering”. L’osservatore è integrato in un sistema di controllo completo, che sfrutta a sua volta la tecnica sliding mode (SMC) sia per la regolazione della velocità sia per il controllo della corrente del motore. L’implementazione del progetto è stata realizzata in ambiente MATLAB Simulink, sfruttando le potenzialità di un simulatore proprietario messo a disposizione dalla Whirlpool di Fabriano. Tale simulatore ha fornito gli strumenti utili alla modellazione e alla simulazione del PMSM e del sistema di controllo, permettendo di testare e ottimizzare l’osservatore proposto in condizioni operative realistiche. In fase di simulazione, le prestazioni del controllo SMC, in combinazione con lo STSMO, sono state confrontate con quelle del controllo PI, attualmente impiegato nelle produzioni Whirlpool, integrato con un osservatore di Luenberger. La validità e l’efficacia dell’approccio proposto sono state testate mediante simulazioni e sperimentazioni pratiche, al fine di valutare le prestazioni del sistema e la sua capacità di mantenere un controllo stabile e preciso anche in presenza di disturbi. La combinazione di osservatore e controllo sliding mode si è dimostrata una soluzione valida per il controllo di motori PMSM, offrendo prestazioni equivalenti a quelle delle soluzioni tradizionali, ma con il vantaggio di una maggiore robustezza contro le variazioni dei parametri del sistema.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12075/19214