Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm

Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm

Introduction. Brushless DC (BLDC) motor is a type of permanent magnet synchronous motor that operates without brushes employed in many applications owing to its efficiency and control in electric cars. One of the main reasons BLDC motors are better than brushed DC motors is that they employ an elect...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2025
Hauptverfasser: Alnaib, I. I., Alsammak, A. N., Mohammed, K. K.
Format: Artikel
Sprache:English
Veröffentlicht: National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025
Schlagworte:
fractional order sliding mode control
brushless DC motor
genetic algorithm
sliding mode controller
Online Zugang:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/317438
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Electrical Engineering & Electromechanics

Institution

Electrical Engineering & Electromechanics
id eiekhpieduua-article-317438
record_format ojs
institution Electrical Engineering & Electromechanics
baseUrl_str
datestamp_date 2025-03-01T22:42:41Z
collection OJS
language English
topic fractional order sliding mode control
brushless DC motor
genetic algorithm
sliding mode controller
spellingShingle fractional order sliding mode control
brushless DC motor
genetic algorithm
sliding mode controller
Alnaib, I. I.
Alsammak, A. N.
Mohammed, K. K.
Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
topic_facet керування ковзним режимом дробового порядку
безщітковий двигун постійного струму
генетичний алгоритм
контролер ковзного режиму
fractional order sliding mode control
brushless DC motor
genetic algorithm
sliding mode controller
format Article
author Alnaib, I. I.
Alsammak, A. N.
Mohammed, K. K.
author_facet Alnaib, I. I.
Alsammak, A. N.
Mohammed, K. K.
author_sort Alnaib, I. I.
title Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
title_short Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
title_full Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
title_fullStr Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
title_full_unstemmed Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
title_sort brushless dc motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
title_alt Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm
description Introduction. Brushless DC (BLDC) motor is a type of permanent magnet synchronous motor that operates without brushes employed in many applications owing to its efficiency and control in electric cars. One of the main reasons BLDC motors are better than brushed DC motors is that they employ an electronic commutation circuit instead of a mechanical one. The fractional order sliding mode controller (FOSMC) was used, which is characterized by high durability and is not affected by the disturbances that the motor is exposed to during operation, as well as overcoming the chattering phenomenon present in the conventional sliding mode controller (CSMC). The novelty of the proposed work consists of to use FOSMC by genetic algorithm (GA) to mitigate the chattering phenomena in sliding mode control (SMC) for optimal response for speed control and regeneration braking control in BLDC motor by using single stage by voltage source inverter and decrease energy use during motor starting. Purpose. Improvement FOSMC techniques for the regulation of BLDC motor’s driving control system. Methods. Employing the GA to optimize the parameters of FOSMC to mitigate the chattering phenomenon in SMC to regulate BLDC motor’s driving control system. Results. A comparison was made between two types of sliding controllers to obtain the best performance of the control system in speed control operations and motor braking operations, the FOSMC, through parameter optimization via the GA, surpasses the CSMC in achieving optimal performance in driving the BLDC motor. Practical value. FOSMC exhibits superiority over the CSMC, as indicated by the reduced integral time absolute error in motor speed tracking and regenerative brake control, with values of (0.028, 0.046, and 0.075) for the FOSMC, in contrast to (2.72, 1.56, and 0.17) for the CSMC, the overshoot for FOSMC is (0, 0, and 11.4), but for CSMC it is (60.4, 43.7, and 11.2). During braking mode for FOSMC, the power recovery from the motor to the battery was (1.96, 9, and 17.76), but in CSMC, it was (0.99, 4.49, and 11.98). Moreover, the braking length was expedited, and the battery’s initial power consumption diminished at the outset. References 32, tables 5, figures 6.
publisher National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
publishDate 2025
url http://eie.khpi.edu.ua/article/view/317438
work_keys_str_mv AT alnaibii brushlessdcmotordrivewithoptimalfractionalorderslidingmodecontrolbasedonageneticalgorithm
AT alsammakan brushlessdcmotordrivewithoptimalfractionalorderslidingmodecontrolbasedonageneticalgorithm
AT mohammedkk brushlessdcmotordrivewithoptimalfractionalorderslidingmodecontrolbasedonageneticalgorithm
first_indexed 2025-07-17T11:50:33Z
last_indexed 2025-07-17T11:50:33Z
_version_ 1850412207845670912
spelling eiekhpieduua-article-3174382025-03-01T22:42:41Z Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm Alnaib, I. I. Alsammak, A. N. Mohammed, K. K. керування ковзним режимом дробового порядку безщітковий двигун постійного струму генетичний алгоритм контролер ковзного режиму fractional order sliding mode control brushless DC motor genetic algorithm sliding mode controller Introduction. Brushless DC (BLDC) motor is a type of permanent magnet synchronous motor that operates without brushes employed in many applications owing to its efficiency and control in electric cars. One of the main reasons BLDC motors are better than brushed DC motors is that they employ an electronic commutation circuit instead of a mechanical one. The fractional order sliding mode controller (FOSMC) was used, which is characterized by high durability and is not affected by the disturbances that the motor is exposed to during operation, as well as overcoming the chattering phenomenon present in the conventional sliding mode controller (CSMC). The novelty of the proposed work consists of to use FOSMC by genetic algorithm (GA) to mitigate the chattering phenomena in sliding mode control (SMC) for optimal response for speed control and regeneration braking control in BLDC motor by using single stage by voltage source inverter and decrease energy use during motor starting. Purpose. Improvement FOSMC techniques for the regulation of BLDC motor’s driving control system. Methods. Employing the GA to optimize the parameters of FOSMC to mitigate the chattering phenomenon in SMC to regulate BLDC motor’s driving control system. Results. A comparison was made between two types of sliding controllers to obtain the best performance of the control system in speed control operations and motor braking operations, the FOSMC, through parameter optimization via the GA, surpasses the CSMC in achieving optimal performance in driving the BLDC motor. Practical value. FOSMC exhibits superiority over the CSMC, as indicated by the reduced integral time absolute error in motor speed tracking and regenerative brake control, with values of (0.028, 0.046, and 0.075) for the FOSMC, in contrast to (2.72, 1.56, and 0.17) for the CSMC, the overshoot for FOSMC is (0, 0, and 11.4), but for CSMC it is (60.4, 43.7, and 11.2). During braking mode for FOSMC, the power recovery from the motor to the battery was (1.96, 9, and 17.76), but in CSMC, it was (0.99, 4.49, and 11.98). Moreover, the braking length was expedited, and the battery’s initial power consumption diminished at the outset. References 32, tables 5, figures 6. Вступ. Безщітковий двигун постійного струму (BLDC) – це тип синхронного двигуна з постійним магнітом, який працює без щіток і використовуються в багатьох сферах застосування завдяки своїй ефективності та контролю в електромобілях. Одна з головних причин, чому BLDC двигуни кращі за щіткові двигуни постійного струму, полягає в тому, що вони використовують електронну схему комутації замість механічної. Використовувався контролер режиму ковзання дробового порядку (FOSMC), який характеризується високою довговічністю та не залежить від збурень, яким піддається двигун під час роботи, а також подолав явище вібрації, присутнє у звичайному контролері режиму ковзання (CSMC). Новизна запропонованої роботи полягає у використанні FOSMC за допомогою генетичного алгоритму (GA) для пом’якшення явища вібрації в управлінні режимом ковзання (SMC) для оптимальної реакції для керування швидкістю та керування регенераційним гальмуванням у BLDC двигуні за допомогою одноступінчатого інвертора джерела напруги і зменшити споживання енергії під час запуску двигуна. Призначення. Удосконалення методів FOSMC для регулювання системи керування приводом BLDC двигуна. Методи. Використання GA для оптимізації параметрів FOSMC для пом’якшення явища вібрації в SMC для регулювання системи керування приводом BLDC двигуна. Результати. Проведено порівняння між двома типами ковзних контролерів для отримання найкращої продуктивності системи керування в операціях регулювання швидкості та операцій гальмування двигуна. FOSMC, завдяки оптимізації параметрів через GA, перевершує CSMC у досягненні оптимальної продуктивності в керуванні BLDC двигуном. Практична цінність. FOSMC демонструє перевагу над CSMC, на що вказує зменшена абсолютна похибка інтегрального часу у відстеженні швидкості двигуна та управлінні рекуперативним гальмом зі значеннями (0,028, 0,046 і 0,075) для FOSMC, на відміну від (2,72, 1,56 і 0,17) для CSMC, перевищення для FOSMC становить (0, 0 і 11.4), але для CSMC це (60.4, 43.7 і 11.2). Під час режиму гальмування для FOSMC відновлення потужності від двигуна до батареї було (1,96, 9 і 17,76), але в CSMC воно було (0,99, 4,49 і 11,98). Крім того, довжина гальмування була прискорена, а початкове енергоспоживання батареї зменшилося на початку. Бібл. 32, табл. 5, рис. 6. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025-03-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/317438 10.20998/2074-272X.2025.2.03 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 2 (2025); 19-23 Электротехника и Электромеханика; № 2 (2025); 19-23 Електротехніка і Електромеханіка; № 2 (2025); 19-23 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/317438/313332 Copyright (c) 2025 I. I. Alnaib, A. N. Alsammak, K. K. Mohammed http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Ähnliche Einträge