Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations

Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations

Introduction. This paper introduces a hybrid control strategy for multiphase induction motors, specifically focusing on the dual star induction motor (DSIM) by integrating active disturbances rejection control (ADRC) and linear quadratic regulator (LQR). Problem. Conventional PI-based indirect field...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2025
Hauptverfasser: Rezgui, S. E., Darsouni, Z., Benalla, H.
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:
optimal control
active disturbances rejection control
indirect field-oriented control
multiphase induction motor
three-level neutral point clamped inverters
Online Zugang:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/324738
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Electrical Engineering & Electromechanics

Institution

Electrical Engineering & Electromechanics
id eiekhpieduua-article-324738
record_format ojs
institution Electrical Engineering & Electromechanics
baseUrl_str
datestamp_date 2025-11-01T22:19:02Z
collection OJS
language English
topic optimal control
active disturbances rejection control
indirect field-oriented control
multiphase induction motor
three-level neutral point clamped inverters
spellingShingle optimal control
active disturbances rejection control
indirect field-oriented control
multiphase induction motor
three-level neutral point clamped inverters
Rezgui, S. E.
Darsouni, Z.
Benalla, H.
Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations
topic_facet оптимальне керування
активне придушення перешкод
опосередковане полеорієнтоване керування
багатофазний асинхронний двигун
трирівневі інвертори з фіксованою нейтральною точкою
optimal control
active disturbances rejection control
indirect field-oriented control
multiphase induction motor
three-level neutral point clamped inverters
format Article
author Rezgui, S. E.
Darsouni, Z.
Benalla, H.
author_facet Rezgui, S. E.
Darsouni, Z.
Benalla, H.
author_sort Rezgui, S. E.
title Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations
title_short Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations
title_full Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations
title_fullStr Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations
title_full_unstemmed Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations
title_sort nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations
title_alt Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations
description Introduction. This paper introduces a hybrid control strategy for multiphase induction motors, specifically focusing on the dual star induction motor (DSIM) by integrating active disturbances rejection control (ADRC) and linear quadratic regulator (LQR). Problem. Conventional PI-based indirect field oriented control (IFOC) of DSIM drives exhibit 3 critical shortcomings: 1) sensitivity to parameter variations, such as rotor resistance fluctuations; 2) sluggish transient response during rapid speed and torque changes; 3) slow disturbances rejection, such as sudden load torque variations. The goal of this work is to achieve enhanced reliability, precision and robustness of DSIM drives in high-performance demand applications such as automotive. Methodology. The proposed hybrid control architecture is structured as follows: 1) IFOC decoupling. The DSIM’s stator currents are decomposed into 2 components using Park transformations, aligning the rotor flux vector to the d-axis. 2) The LQR is designed to optimize the outer speed/torque loop regulation by minimizing control efforts and state deviations. 3) ADRCs controllers are designed in the inner current loops. Each controller utilizes an extended state observer to estimate and compensate parameter variations and external disturbances in real time. Results. Simulations using MATLAB/Simulink validation on a 5 kW DSIM under multiple scenarios confirm the robustness of the proposed hybrid strategy. Scientific novelty. The contribution lies in the integration of ADRC and LQR in IFOC: The hierarchical fusion of ADRC (inner loops) and LQR (outer loop) uniquely leverages ADRC’s and the LQR’s real-time power to handle any disturbances and unmodeled dynamics. Practical value. The proposed technique demonstrates enhanced performances in speed’s response, sudden load torque demands and parameter variations. It exhibited high robustness even under degraded conditions such as phase faults, making this strategy ideal for high-performance applications like electric vehicles, where stability and adaptability are critical. References 31, tables 2, figures 24.
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/324738
work_keys_str_mv AT rezguise nonlinearvectorcontrolofmultiphaseinductionmotorusinglinearquadraticregulatorandactivedisturbancesrejectioncontrolunderdisturbancesandparametervariations
AT darsouniz nonlinearvectorcontrolofmultiphaseinductionmotorusinglinearquadraticregulatorandactivedisturbancesrejectioncontrolunderdisturbancesandparametervariations
AT benallah nonlinearvectorcontrolofmultiphaseinductionmotorusinglinearquadraticregulatorandactivedisturbancesrejectioncontrolunderdisturbancesandparametervariations
first_indexed 2025-11-02T02:08:54Z
last_indexed 2025-11-02T02:08:54Z
_version_ 1851774458054836224
spelling eiekhpieduua-article-3247382025-11-01T22:19:02Z Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations Nonlinear vector control of multiphase induction motor using linear quadratic regulator and active disturbances rejection control under disturbances and parameter variations Rezgui, S. E. Darsouni, Z. Benalla, H. оптимальне керування активне придушення перешкод опосередковане полеорієнтоване керування багатофазний асинхронний двигун трирівневі інвертори з фіксованою нейтральною точкою optimal control active disturbances rejection control indirect field-oriented control multiphase induction motor three-level neutral point clamped inverters Introduction. This paper introduces a hybrid control strategy for multiphase induction motors, specifically focusing on the dual star induction motor (DSIM) by integrating active disturbances rejection control (ADRC) and linear quadratic regulator (LQR). Problem. Conventional PI-based indirect field oriented control (IFOC) of DSIM drives exhibit 3 critical shortcomings: 1) sensitivity to parameter variations, such as rotor resistance fluctuations; 2) sluggish transient response during rapid speed and torque changes; 3) slow disturbances rejection, such as sudden load torque variations. The goal of this work is to achieve enhanced reliability, precision and robustness of DSIM drives in high-performance demand applications such as automotive. Methodology. The proposed hybrid control architecture is structured as follows: 1) IFOC decoupling. The DSIM’s stator currents are decomposed into 2 components using Park transformations, aligning the rotor flux vector to the d-axis. 2) The LQR is designed to optimize the outer speed/torque loop regulation by minimizing control efforts and state deviations. 3) ADRCs controllers are designed in the inner current loops. Each controller utilizes an extended state observer to estimate and compensate parameter variations and external disturbances in real time. Results. Simulations using MATLAB/Simulink validation on a 5 kW DSIM under multiple scenarios confirm the robustness of the proposed hybrid strategy. Scientific novelty. The contribution lies in the integration of ADRC and LQR in IFOC: The hierarchical fusion of ADRC (inner loops) and LQR (outer loop) uniquely leverages ADRC’s and the LQR’s real-time power to handle any disturbances and unmodeled dynamics. Practical value. The proposed technique demonstrates enhanced performances in speed’s response, sudden load torque demands and parameter variations. It exhibited high robustness even under degraded conditions such as phase faults, making this strategy ideal for high-performance applications like electric vehicles, where stability and adaptability are critical. References 31, tables 2, figures 24. Вступ. У статті розглядається гібридна стратегія управління багатофазними асинхронними двигунами, зокрема з фокусом на асинхронний двигун з подвійною зіркою (DSIM),шляхом залучення активного управління придушенням збурень (ADRC) та лінійно-квадратичного регулятора (LQR). Проблема. Традиційне непряме полеорієнтоване управління (IFOC) на основі ПІ-регулятора приводів DSIM має 3 критичні недоліки: 1) чутливість до змін параметрів, таких як коливання опору ротора; 2) інерційний перехідний процес при швидких змінах швидкості та крутного моменту; 3) повільне придушення збурень, таких як різкі зміни крутного моменту навантаження. Метою роботи є підвищення надійності, точності та стійкості приводів DSIM у високопродуктивних застосуваннях, таких як автомобілебудування. Методологія. Запропонована архітектура гібридного управління структурована таким чином: 1) Розв’язування IFOC. Струми статора DSIM розкладаються на 2 складові з використанням перетворень Парка, вирівнюючи вектор потоку ротора осі d. 2) LQR призначений для оптимізації регулювання зовнішнього контуру швидкості/крутного моменту за рахунок мінімізації зусиль з управління та відхилень стану. 3) Контролери ADRC спроєктовані у внутрішніх струмових контурах. Кожен контролер використовує розширений спостерігач стану для оцінки та компенсації змін параметрів та зовнішніх збурень у реальному часі. Результати. Моделювання з використанням валідації у MATLAB/Simulink для 5 кВт DSIM у кількох сценаріях підтверджує надійність запропонованої гібридної стратегії. Наукова новизна. Внесок полягає в інтеграції ADRC і LQR в IFOC: ієрархічне злиття ADRC (внутрішніх контурів) і LQR (зовнішнього контуру) унікальним чином використовує потужність ADRC та LQR в реальному часі для обробки будь-яких збурень та немодельованої динаміки. Практична цінність. Запропонована методика демонструє покращені характеристики при реагуванні на швидкість, раптові вимоги до крутного моменту навантаження і зміни параметрів. Він показав високу надійність навіть за умов погіршення характеристик, таких як фазові замикання, що робить цю стратегію ідеальною для високопродуктивних застосувань, таких як електромобілі, де стабільність та адаптивність мають вирішальне значення. Бібл. 31, табл. 2, рис. 24. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025-11-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/324738 10.20998/2074-272X.2025.6.10 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 6 (2025); 75-83 Электротехника и Электромеханика; № 6 (2025); 75-83 Електротехніка і Електромеханіка; № 6 (2025); 75-83 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/324738/330052 Copyright (c) 2025 S. E. Rezgui, Z. Darsouni, H. Benalla http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Ähnliche Einträge