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High speed senseless control of permanent magnet synchronous motor using modular multilevel inverter

Research Project

Project/Area Number 16K06229
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Power engineering/Power conversion/Electric machinery
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

Hanamoto Tsuyoshi  九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (30228514)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywordsモジュラーマルチレベルインバータ / 永久磁石同期電動機 / センサレス制御 / オブザーバ / ヒステリシス電流制御器 / FPGA / モジュラー・マルチレベル・インバータ / 電力工学 / 電気機器工学
Outline of Final Research Achievements

The aim of this project is to achieve a high performance position sensorless speed control of permanent magnet synchronous motor using modular multilevel inverter (MMLI).
For the start-up of the motor, the estimation method using an induced voltage is proposed. To solve the nonlinear torque equation, the estimated position can be calculated directly and the selection method of the excitation phase which rotates the correct rotation direction is combined with the proposed method. To obtain high speed sensorless control, an extended induced observer is modified to reduce the calculation time. And driving the motor using MMLI which have the different amplitude of source voltage, high speed low torque ripple motor control system is achieved.
For the switching method, a digital hysteresis current controller suitable for the MMLI is proposed. The proposed method is implemented in the hardware device called FPGA and the effectiveness is confirmed the prototype experimental system.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果を用いることによって,広く用いられている永久磁石同期電動機を,位置センサを用いずに制御できる方法が広がる。特に,電源電圧比の異なるMMLIを適用することで,起動から高回転まで速度制御を実現させることができる可能性がある。例えば遠心分離機のように高回転で低トルク脈動を要する機器へ適用するなどの,産業用途への応用が考えられる。また,制御系をハードウェア素子上への実装することが可能となり装置の小型高性能化に寄与できる可能性がある。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Comprehensive Analysis of LCL Filter Interfaced Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter-Based DSTATCOM2017

    • Author(s)
      Ravikant Pandey , Ravi Nath Tripathi and Tsuyoshi Hanamoto
    • Journal Title

      Energies

      Volume: 10 Issue: 3 Pages: 346-346

    • DOI

      10.3390/en10030346

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] モジュラーマルチレベルインバータを用いた永久磁石電動機のセンサレス速度制御に関する研究2018

    • Author(s)
      増崎 貴也、花本 剛士
    • Organizer
      平成30年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] モジュラーマルチレベルインバータに適したヒステリシス電流制御器を用いた PMSM 速度制御系の検討2018

    • Author(s)
      赤波江祐人、花本剛士
    • Organizer
      平成30年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Stability Analysis of Extended Induce Voltage Observer Used for High Speed Position Sensorless Control of Surface Permanent Magnet Synchronous Motor2017

    • Author(s)
      Kento Yoshino, Ravi Nath Tripathi and Tsuyoshi Hanamoto
    • Organizer
      SICE International Symposium on Control Systems 2017
    • Place of Presentation
      岡山大学(岡山市)
    • Year and Date
      2017-03-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] FPGA Hardware-in-loop Co-simulation for THIPWM Controlled Multilevel Inverter2017

    • Author(s)
      Ravikant Pandey, Ravi Nath Tripathi and Tsuyoshi Hanamoto
    • Organizer
      2017 IEEE Conference on Energy Conversion(CENCON2017)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 表面界磁永久磁石同期電動機の位置センサレス始動方式に関する研究2017

    • Author(s)
      前田 倖、花本 剛士
    • Organizer
      平成29年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 階調制御型モジュラーマルチレベルインバータを用いた出力電圧高分解能化による全高調波歪抑制に関する研究2017

    • Author(s)
      毛利真之、花本剛士
    • Organizer
      平成29年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] モジュラーマルチレベルインバーターにおけるスイッチング方式に関する研究2017

    • Author(s)
      吉武夏雲、花本剛士
    • Organizer
      平成29年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 永久磁石同期電動機の高回転位置センサレス制御のロバスト性に関する研究2016

    • Author(s)
      吉野 賢人, 花本 剛士
    • Organizer
      第18回 IEEE広島支部学生シンポジウム
    • Place of Presentation
      山口大学(山口県宇部市)
    • Year and Date
      2016-11-19
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] High-speed Position Sensorless Control of Surface Permanent Magnet Synchronous Motor Using the Modified β axis Induced Observer2016

    • Author(s)
      Kento YOSHINO, Atsushi TSUCHIYA and Tsuyoshi HANAMOTO
    • Organizer
      The 19th International Conference on Electrical Machines and Systems
    • Place of Presentation
      アパホテル&リゾート,東京ベイ幕張(千葉県美浜区)
    • Year and Date
      2016-11-13
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 永久磁石同期電動機の高回転位置センサレス制御の安定性に関する研究2016

    • Author(s)
      吉野 賢人, 花本 剛士
    • Organizer
      平成28年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Place of Presentation
      宮崎大学(宮﨑市)
    • Year and Date
      2016-09-29
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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