Motor sinkron interior permanen magnet (IPMSM) telah banyak digunakan di sejumlah aplikasi industri karena sangat efisien, kuat, dan mudah dikendalikan [1]. Secara umum, algoritma field oriented control (FOC) berkinerja tinggi diimplementasikan dalam sistem penggerak IPMSM dengan menggunakan encoder. Namun, encoder membutuhkan tempat ekstra, dan sinyal penyulutan PWM mudah untuk terdistorsi [2]. Beberapa teknik sistem penggerak tanpa sensor telah dikembangkan untuk mengatasi masalah tersebut di atas [3], termasuk metode injeksi sinyal frekuensi tinggi [4]-[5], metode gaya gerak listrik balik[6]-[7], dan metode pengukuran kemiringan arus [ 8]-[10]. Metode berbasis pengukuran kemiringan arus yang diterbitkan oleh Mubarok dkk. dalam [10], diterapkan dalam makalah ini untuk estimasi posisi rotor dan estimasi kecepatan. Selain itu, pengontrol proporsional integral (PI) untuk penggerak IPMSM tanpa sensor telah banyak digunakan di industri karena karakteristiknya yang sederhana dan penerapannya yang mudah. Dalam penelitian sebelumnya, beberapa metode analisis telah diusulkan untuk mengatur parameter kontrol PI [27]-[28]. Namun kinerja dinamis kontrol PI kurang baik karena keterbatasannya. Berbagai kontrol canggih telah diselidiki untuk meningkatkan kinerja sistem penggerak IPMSM tanpa sensor, termasuk kontrol sliding-mode [11]-[12], kontrol adaptif [13]-[14], dan kontrol prediktif [15]-[16] .
Selain itu, selama beberapa tahun terakhir, kontrol model prediktif (MPC) menjadi sangat populer untuk sistem penggerak IPMSM karena kelebihannya, termasuk kesederhanaan implementasi dengan menggunakan prosesor sinyal digital (DSP), aplikasi luas untuk sistem input-tunggal output-tunggal dan sistem multi-input multi-output, dan kesederhanaan dalam memasukkan batasan ke dalam indeks performa [17]-[18]. Kontrol model prediktif terbatas (FCMPC) dan kontrol model prediktif kontinyu (CCMPC) keduanya diselidiki dalam penggerak motor IPMSM pada [19]. Penerapan FCMPC untuk sistem penggerak IPMSM tanpa sensor telah dibahas dalam [20], yang mengeksploitasi bagian IPMSM dan menggunakan selisih arus yang lebih tinggi untuk memperoleh posisi rotor. Dalam [21], metode tanpa sensor berbasis optimasi nonlinier dengan FCMPC diusulkan untuk sistem penggerak IPMSM. Dalam [22], metode tanpa sensor dikembangkan berdasarkan prediksi kesalahan FCMPC. Dengan memanfaatkan eksitasi yang melekat pada FCMPC, posisi rotor dapat diekstraksi. Meskipun FCMPC yang diterapkan untuk penggerak IPMSM tanpa sensor memiliki kinerja dinamis yang cepat, hal ini memerlukan banyak komputasi, dan menghasilkan torsi tinggi serta selisih arus yang besar [20]. Namun, CCMPC memerlukan komputasi yang lebih sedikit dan menghasilkan selisih arus yang lebih kecil pada [23]. Dalam [16], CCMPC untuk sistem penggerak SPMSM tanpa sensor telah dicapai. Namun, batasan pada input tidak dimasukkan dalam indeks performa untuk optimasi. CCMPC di [24] dan [25], yang sudah menggunakan batasan input dan matrix ruang, diusulkan untuk kontrol kecepatan IPMSM dan juga kontrol torsi. Dalam [24], operator anti-windup digunakan berdasarkan persamaan tegangan, yang membuat keseluruhan algoritma kontrol menjadi sangat rumit. Dalam [25], batasan input dan status dimasukkan sebagai bagian dari indeks kinerja, dan metode quadrature programming (QP) juga digunakan untuk mendapatkan dua set batasan aktif, yang juga sangat rumit. Selain itu, kedua metode dalam [24]-[25] ini diterapkan hanya pada sistem penggerak IPMSM berbasis encoder dan bukan pada sistem penggerak IPMSM tanpa sensor. Karena belum ada penelitian sebelumnya, sepanjang pengetahuan kami, tentang kontrol prediktif terbatas yang disederhanakan untuk sistem penggerak IPMSM tanpa sensor, untuk mengisi kesenjangan penelitian ini, makalah ini adalah yang pertama menyelidiki masalah ini [10]. Kontribusi utama dari makalah ini ditunjukkan sebagai berikut:
- Kontrol kecepatan prediktif terbatas (CPSC) yang disederhanakan dengan batas arus masukan dan kontrol arus prediktif terbatas (CPCC) dengan batas tegangan masukan diusulkan untuk sistem penggerak IPMSM tanpa sensor. Batasan ini disertakan sebagai bagian dari indeks performa untuk pengoptimalan. Metode yang diusulkan mencakup saturasi indeks performa dan memperoleh respons yang lebih halus.
- Solusi numerik yang disederhanakan menggunakan metode Hildreth quadratic programming (HQP) diimplementasikan untuk mengidentifikasi jumlah Batasan yang aktif, dan kemudian kontrol masukan dibatasi rentangnya. Penggunaan metode HQP membuat fungsi biaya dan optimasi menjadi sangat sederhana dan efektif.
- Estimasi beban eksternal berdasarkan fungsi Lyapunov dirancang untuk mengkompensasi gangguan beban. Akibatnya, perkiraan beban luar mendekati beban luar sebenarnya. Selain itu, teknik tanpa sensor, yang didasarkan pada pengukuran kemiringan arus, diterapkan untuk memperkirakan posisi dan kecepatan rotor.
- Hasil percobaan menunjukkan bahwa pengontrol prediktif yang diusulkan dengan batasan arus dan tegangan secara signifikan meningkatkan kinerja sistem penggerak IPMSM tanpa sensor, termasuk respons transien yang cepat dan respons gangguan beban, kemampuan tracking yang baik, dan ketahanan yang sangat baik. Metode yang diusulkan juga dapat dengan mudah diterapkan di industri.
Kontrol prediktif dengan batasan masukan termasuk kontrol arus dan kecepatan diusulkan di sini untuk sistem penggerak IPMSM tanpa sensor. CPSC dengan batasan arus masukan dan CPCC dengan batasan tegangan masukan diteliti pada makalah ini. Batasan aktif diidentifikasi dengan menggunakan metode HQP, yang menentukan nilai pengali Lagrange. Kemudian dapat diperoleh masukan kendali optimal dengan batasan fisiknya dalam indeks performa. Selain itu, estimator beban eksternal yang diusulkan, yang didasarkan pada fungsi Lyapunov, dirancang untuk mengkompensasi beban. Eksperimen menunjukkan bahwa MPC yang diusulkan secara signifikan meningkatkan kinerja sistem penggerak IPMSM tanpa sensor yang diusulkan. Kontrol kecepatan tanpa sensor dicapai dari 1 putaran/menit hingga 3.000 putaran/menit. Sistem penggerak IPMSM tanpa sensor yang diusulkan, yang tidak memerlukan sirkuit perangkat keras tambahan untuk mengeksekusi posisi rotor dan estimasi kecepatan, dapat diterapkan di industri karena kinerjanya yang baik dan rentang kecepatan yang dapat disesuaikan.
Penulis: Muhammad Syahril Mubarok, Ph.D.
Prodi: Teknik Elektro
Email: syahril.mubarok@ftmm.unair.ac.id
Fakultas: Teknologi Maju dan MultidisiplinTautan Artikel:
