A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives
Introduction. Recently, permanent magnet synchronous motors (PMSMs) have become essential in various high-performance applications, including electric vehicles and renewable energy systems. However, traditional control methods, such as PI controllers, often struggle to handle dynamic operating condi...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/324940 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Репозитарії
Electrical Engineering & Electromechanics| id |
eiekhpieduua-article-324940 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Electrical Engineering & Electromechanics |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-11-01T22:19:02Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
permanent magnet synchronous motor sliding mode control proportional resonant control integral absolute error integral time absolute error integral square error Luenberger observer Kalman filter |
| spellingShingle |
permanent magnet synchronous motor sliding mode control proportional resonant control integral absolute error integral time absolute error integral square error Luenberger observer Kalman filter Nhi, V. T. K. Quy, B. T. Nghia, H. H. B. Dai, L. V. A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives |
| topic_facet |
permanent magnet synchronous motor sliding mode control proportional resonant control integral absolute error integral time absolute error integral square error Luenberger observer Kalman filter синхронний двигун з постійними магнітами керування ковзним режимом пропорційно-резонансне керування інтегральна абсолютна похибка інтегральна тимчасова абсолютна похибка інтегральна квадратична похибка спостерігач Люенбергера фільтр Калмана |
| format |
Article |
| author |
Nhi, V. T. K. Quy, B. T. Nghia, H. H. B. Dai, L. V. |
| author_facet |
Nhi, V. T. K. Quy, B. T. Nghia, H. H. B. Dai, L. V. |
| author_sort |
Nhi, V. T. K. |
| title |
A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives |
| title_short |
A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives |
| title_full |
A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives |
| title_fullStr |
A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives |
| title_full_unstemmed |
A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives |
| title_sort |
robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in pmsm drives |
| title_alt |
A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives |
| description |
Introduction. Recently, permanent magnet synchronous motors (PMSMs) have become essential in various high-performance applications, including electric vehicles and renewable energy systems. However, traditional control methods, such as PI controllers, often struggle to handle dynamic operating conditions and external disturbances, resulting in torque ripple and stability issues. Problem. The main issue with existing control strategies is their inability to maintain accurate torque control and system stability under fluctuating loads and varying motor parameters, which negatively impacts performance in real-world applications. Goal. This paper proposes a robust hybrid control strategy that integrates sliding mode control (SMC) with proportional resonant control (PRC), enhanced by Luenberger and Kalman observers. The goal is to improve torque stability, reduce errors, and optimize performance in PMSM drive systems. Methodology. The proposed method combines SMC and PRC to form an SMC-PRC controller, with Luenberger and Kalman observers integrated for effective load torque estimation. Results. The simulation experiments were carried out to compare the effectiveness of the proposed control strategy with that of traditional PI controllers. The results revealed that the SMC-PRC approach offers a notable improvement in overall control performance, including reduced tracking error, enhanced dynamic response, and better stability. Furthermore, the proposed method achieved faster settling times and maintained robust operation under varying system conditions. Scientific novelty. This work introduces a hybrid control approach that combines SMC and PRC with advanced state estimation techniques, providing a robust and efficient solution to PMSM control. Practical value. The proposed method is highly beneficial for applications under dynamic operating conditions, such as electric vehicles and renewable energy systems, improving system efficiency and stability. References 40, tables 7, figures 10. |
| 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/324940 |
| work_keys_str_mv |
AT nhivtk arobusthybridcontrolstrategyforenhancingtorquestabilityandperformanceinpmsmdrives AT quybt arobusthybridcontrolstrategyforenhancingtorquestabilityandperformanceinpmsmdrives AT nghiahhb arobusthybridcontrolstrategyforenhancingtorquestabilityandperformanceinpmsmdrives AT dailv arobusthybridcontrolstrategyforenhancingtorquestabilityandperformanceinpmsmdrives AT nhivtk robusthybridcontrolstrategyforenhancingtorquestabilityandperformanceinpmsmdrives AT quybt robusthybridcontrolstrategyforenhancingtorquestabilityandperformanceinpmsmdrives AT nghiahhb robusthybridcontrolstrategyforenhancingtorquestabilityandperformanceinpmsmdrives AT dailv robusthybridcontrolstrategyforenhancingtorquestabilityandperformanceinpmsmdrives |
| first_indexed |
2025-11-02T02:08:54Z |
| last_indexed |
2025-11-02T02:08:54Z |
| _version_ |
1851774457716146176 |
| spelling |
eiekhpieduua-article-3249402025-11-01T22:19:02Z A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives A robust hybrid control strategy for enhancing torque stability and performance in PMSM drives Nhi, V. T. K. Quy, B. T. Nghia, H. H. B. Dai, L. V. permanent magnet synchronous motor sliding mode control proportional resonant control integral absolute error integral time absolute error integral square error Luenberger observer Kalman filter синхронний двигун з постійними магнітами керування ковзним режимом пропорційно-резонансне керування інтегральна абсолютна похибка інтегральна тимчасова абсолютна похибка інтегральна квадратична похибка спостерігач Люенбергера фільтр Калмана Introduction. Recently, permanent magnet synchronous motors (PMSMs) have become essential in various high-performance applications, including electric vehicles and renewable energy systems. However, traditional control methods, such as PI controllers, often struggle to handle dynamic operating conditions and external disturbances, resulting in torque ripple and stability issues. Problem. The main issue with existing control strategies is their inability to maintain accurate torque control and system stability under fluctuating loads and varying motor parameters, which negatively impacts performance in real-world applications. Goal. This paper proposes a robust hybrid control strategy that integrates sliding mode control (SMC) with proportional resonant control (PRC), enhanced by Luenberger and Kalman observers. The goal is to improve torque stability, reduce errors, and optimize performance in PMSM drive systems. Methodology. The proposed method combines SMC and PRC to form an SMC-PRC controller, with Luenberger and Kalman observers integrated for effective load torque estimation. Results. The simulation experiments were carried out to compare the effectiveness of the proposed control strategy with that of traditional PI controllers. The results revealed that the SMC-PRC approach offers a notable improvement in overall control performance, including reduced tracking error, enhanced dynamic response, and better stability. Furthermore, the proposed method achieved faster settling times and maintained robust operation under varying system conditions. Scientific novelty. This work introduces a hybrid control approach that combines SMC and PRC with advanced state estimation techniques, providing a robust and efficient solution to PMSM control. Practical value. The proposed method is highly beneficial for applications under dynamic operating conditions, such as electric vehicles and renewable energy systems, improving system efficiency and stability. References 40, tables 7, figures 10. Вступ. Останнім часом синхронні двигуни з постійними магнітами (PMSM) стали невід’ємною частиною різних високопродуктивних застосувань, включаючи електромобілі та системи відновлюваної енергії. Однак традиційні методи управління, такі як ПІ-регулятори, часто не справляються з динамічними робочими умовами та зовнішніми збуреннями, що призводить до пульсацій крутного моменту та проблем зі стабільністю. Основною проблемою існуючих методів управління є їх нездатність підтримувати точне управління крутним моментом і стійкість системи при коливаннях навантаження і параметрах двигуна, що змінюються, що негативно впливає на продуктивність в реальних ситуаціях. Мета. У цій статті пропонується надійна гібридна стратегія управління, що поєднує управління ковзним режимом (SMC) з пропорційно-резонансним управлінням (PRC), удосконалена за допомогою спостерігачів Люенбергера та Калмана. Мета полягає в тому, щоб підвищити стабільність крутного моменту, зменшити похибки і оптимізувати продуктивність систем приводу PMSM. Методологія. Пропонований метод об’єднує SMC та PRC для формування регулятора SMC-PRC, з інтегрованими спостерігачами Люенбергера та Калмана для оцінки ефективного крутного моменту навантаження. Результати. Проведено імітаційні експерименти порівняння ефективності запропонованої стратегії управління з ефективністю традиційних ПІ-регуляторів. Результати показали, що підхід SMC-PRC забезпечує помітне покращення загальних характеристик управління, включаючи зниження похибки стеження, покращення динамічного відгуку та підвищення стійкості. Крім того, пропонований метод забезпечує більш швидкий час встановлення і стійку роботу при умовах функціонування системи, що змінюються. Наукова новизна. У роботі представлений гібридний підхід до управління, що поєднує SMC та PRC з передовими методами оцінки стану, що забезпечує надійне та ефективне рішення для управління PMSM. Практична значимість. Запропонований метод є корисним для застосування у динамічних умовах експлуатації, таких як електромобілі та системи відновлюваної енергії, підвищуючи їх ефективність та стійкість. Бібл. 40, табл. 7, рис. 10. 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/324940 10.20998/2074-272X.2025.6.09 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 6 (2025); 64-74 Электротехника и Электромеханика; № 6 (2025); 64-74 Електротехніка і Електромеханіка; № 6 (2025); 64-74 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/324940/330051 Copyright (c) 2025 V. T. K. Nhi, B. T. Quy, H. H. B. Nghia, L. V. Dai http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |