Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions

Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions

Introduction. Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are widely used in industrial and automotive applications due to their high efficiency and power density. Problem. However, their performance can be significantly affected by faults such as inter-turn short-circuits faults (ITSCFs) in the sta...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2025
Автори: Laamari, Y., Boukhennoufa, N., Benderradji, H., Allaoui, S.
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:
permanent magnet synchronous motor
field-oriented control
inter-turn short-circuit
PI controller
fuzzy logic controller
Онлайн доступ:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/328768
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-328768
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
field-oriented control
inter-turn short-circuit
PI controller
fuzzy logic controller
spellingShingle permanent magnet synchronous motor
field-oriented control
inter-turn short-circuit
PI controller
fuzzy logic controller
Laamari, Y.
Boukhennoufa, N.
Benderradji, H.
Allaoui, S.
Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions
topic_facet синхронний двигун з постійними магнітами
полеорієнтоване керування
міжвиткове замикання
ПІ-регулятор
нечіткий логічний регулятор
permanent magnet synchronous motor
field-oriented control
inter-turn short-circuit
PI controller
fuzzy logic controller
format Article
author Laamari, Y.
Boukhennoufa, N.
Benderradji, H.
Allaoui, S.
author_facet Laamari, Y.
Boukhennoufa, N.
Benderradji, H.
Allaoui, S.
author_sort Laamari, Y.
title Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions
title_short Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions
title_full Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions
title_fullStr Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions
title_full_unstemmed Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions
title_sort fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions
title_alt Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions
description Introduction. Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are widely used in industrial and automotive applications due to their high efficiency and power density. Problem. However, their performance can be significantly affected by faults such as inter-turn short-circuits faults (ITSCFs) in the stator windings. These faults introduce oscillations in rotor speed and electromagnetic torque, increase total harmonic distortion (THD), and degrade the overall reliability of the system drive. Conventional field-oriented control (FOC) methods, particularly, those employing PI controllers, often struggle to maintain stability under such fault conditions. Goal. This study aims to develop and evaluate a fuzzy logic-based control strategy to enhance the fault tolerance of PMSM drives under ITSCFs conditions. Methodology. To achieve this, a mathematical model of the PMSM is developed to represent both healthy and faulty operating states. This model is integrated into a vector control framework where two types of speed controllers are compared: a conventional PI controller and a fuzzy PI controller. The proposed fuzzy logic controller is implemented within the FOC scheme and evaluated through simulation. Results. Simulation results demonstrate that the fuzzy vector control approach significantly reduces rotor speed and electromagnetic torque ripples under both healthy and faulty conditions, while maintaining stable torque output and minimizing THD. It consistently outperforms the conventional PI controller. Scientific novelty. Unlike traditional FOC methods, this study introduces a fuzzy logic-enhanced control strategy specifically designed to improve PMSM performance under fault conditions. The integration of fuzzy logic with vector control offers superior dynamic response and enhanced resilience. Practical value. The proposed approach improves the robustness and reliability of PMSM drives, particularly in fault-sensitive applications such as industrial automation and electric vehicles. This contributes to extended system lifespan and improved operational stability. References 26, tables 2, figures 13.
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/328768
work_keys_str_mv AT laamariy fuzzylogicbasedvectorcontrolofpermanentmagnetsynchronousmotordrivesunderinterturnshortcircuitfaultconditions
AT boukhennoufan fuzzylogicbasedvectorcontrolofpermanentmagnetsynchronousmotordrivesunderinterturnshortcircuitfaultconditions
AT benderradjih fuzzylogicbasedvectorcontrolofpermanentmagnetsynchronousmotordrivesunderinterturnshortcircuitfaultconditions
AT allaouis fuzzylogicbasedvectorcontrolofpermanentmagnetsynchronousmotordrivesunderinterturnshortcircuitfaultconditions
first_indexed 2025-11-02T02:08:54Z
last_indexed 2025-11-02T02:08:54Z
_version_ 1850423688170569728
spelling eiekhpieduua-article-3287682025-11-01T22:19:02Z Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions Fuzzy logic-based vector control of permanent magnet synchronous motor drives under inter-turn short-circuit fault conditions Laamari, Y. Boukhennoufa, N. Benderradji, H. Allaoui, S. синхронний двигун з постійними магнітами полеорієнтоване керування міжвиткове замикання ПІ-регулятор нечіткий логічний регулятор permanent magnet synchronous motor field-oriented control inter-turn short-circuit PI controller fuzzy logic controller Introduction. Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are widely used in industrial and automotive applications due to their high efficiency and power density. Problem. However, their performance can be significantly affected by faults such as inter-turn short-circuits faults (ITSCFs) in the stator windings. These faults introduce oscillations in rotor speed and electromagnetic torque, increase total harmonic distortion (THD), and degrade the overall reliability of the system drive. Conventional field-oriented control (FOC) methods, particularly, those employing PI controllers, often struggle to maintain stability under such fault conditions. Goal. This study aims to develop and evaluate a fuzzy logic-based control strategy to enhance the fault tolerance of PMSM drives under ITSCFs conditions. Methodology. To achieve this, a mathematical model of the PMSM is developed to represent both healthy and faulty operating states. This model is integrated into a vector control framework where two types of speed controllers are compared: a conventional PI controller and a fuzzy PI controller. The proposed fuzzy logic controller is implemented within the FOC scheme and evaluated through simulation. Results. Simulation results demonstrate that the fuzzy vector control approach significantly reduces rotor speed and electromagnetic torque ripples under both healthy and faulty conditions, while maintaining stable torque output and minimizing THD. It consistently outperforms the conventional PI controller. Scientific novelty. Unlike traditional FOC methods, this study introduces a fuzzy logic-enhanced control strategy specifically designed to improve PMSM performance under fault conditions. The integration of fuzzy logic with vector control offers superior dynamic response and enhanced resilience. Practical value. The proposed approach improves the robustness and reliability of PMSM drives, particularly in fault-sensitive applications such as industrial automation and electric vehicles. This contributes to extended system lifespan and improved operational stability. References 26, tables 2, figures 13. Вступ. Синхронні двигуни з постійними магнітами (PMSMs) широко використовуються в промисловості та автомобілебудуванні завдяки своїй високій ефективності та питомій потужності. Проблема. Однак на їх продуктивність можуть суттєво впливати такі несправності, як міжвиткові короткі замикання (ITSCFs) в обмотках статора. Ці несправності призводять до коливань швидкості ротора та електромагнітного моменту, збільшують коефіцієнт гармонічних спотворень (THD) та знижують загальну надійність приводу системи. Традиційні методи управління з орієнтацією по полю (FOC), зокрема, з використанням ПІ-регуляторів, часто не забезпечують стійкість у таких умовах. Мета. Дане дослідження спрямоване на розробку та оцінку стратегії управління на основі нечіткої логіки для підвищення стійкості до відмови PMSMs в умовах ITSCFs. Методологія. Для досягнення цієї мети розроблено математичну модель PMSMs, яка описує як справні, так і несправні робочі стани. Ця модель інтегрована у систему векторного управління, де порівнюються два типи регуляторів швидкості: звичайний ПІ-регулятор та нечіткий ПІ-регулятор. Запропонований нечіткий логічний контролер реалізовано в рамках FOC схеми та оцінено за допомогою моделювання. Результати моделювання показують, що підхід з нечітким векторним управлінням значно знижує частоту обертання ротора і пульсації електромагнітного моменту як у справному, так і несправному стані, зберігаючи при цьому стабільний вихідний крутний момент і мінімізуючи сумарний THD. Він стабільно перевершує традиційний ПІ-регулятор. Наукова новизна. На відміну від традиційних FOC методів, це дослідження пропонує стратегію керування з покращеною нечіткою логікою, спеціально розроблену для покращення продуктивності PMSM в умовах несправності. Інтеграція нечіткої логіки з векторним управлінням забезпечує чудовий динамічний відгук та підвищену стійкість. Практична цінність. Пропонований підхід підвищує надійність та стійкість PMSMs, особливо у чутливих до відмов сферах, таких як промислова автоматика та електромобілі. Це сприяє збільшенню терміну служби системи та підвищенню експлуатаційної стабільності. Бібл. 26, табл. 2, рис. 13. 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/328768 10.20998/2074-272X.2025.6.07 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 6 (2025); 51-56 Электротехника и Электромеханика; № 6 (2025); 51-56 Електротехніка і Електромеханіка; № 6 (2025); 51-56 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/328768/330049 Copyright (c) 2025 Y. Laamari, N. Boukhennoufa, H. Benderradji, S. Allaoui http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Схожі ресурси