Sliding Mode Pulsewidth Modulation

Yan, Wenguang; Hu, Jiangang; Utkin, Vadim I.; Xu, Longya

doi:10.1109/tpel.2007.915775

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“…Finally, reference signals v * n1 and v * n2 can be selected to perform required performance. They can be tracked using SMPWM to kept v n1 and v n2 at desired levels, or for setting the switching frequency according to the following relationship 29 :…”

Section: Preliminaries and Control Descriptionmentioning

confidence: 99%

“…Finally, reference signals

v_{n 1}^{*}

and

v_{n 2}^{*}

can be selected to perform required performance. They can be tracked using SMPWM to kept

v_{n 1}

and

v_{n 2}

at desired levels, or for setting the switching frequency according to the following relationship 29 :

f_{switch} false(v_{n 1,2}^{*} false) = \frac{1}{t_{on} false(v_{n 1,2}^{*} false) + t_{off} false(v_{n 1,2}^{*} false)}

where

t_{on} false(v_{n 1,2}^{*} false)

and

t_{off} false(v_{n 1,2}^{*} false)

are, respectively, the time duration of “switch on” and “switch off.”…”

Section: Smpwm Designmentioning

confidence: 99%

“…28 Therefore, SMC is a switching controller that can be designed as modulation technique to directly trigger the switching devices of power converter. This approach, called sliding mode pulse-width modulation (SMPWM), has been applied to three-phase inverter, 29 motor drive system, 30 nine-switch converter, 31 and conditioner. 32 In principle, the SMPWM design uses circuit analysis and different approaches to enforce sliding mode.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Sliding mode pulse‐width modulation of five‐leg converter for grid‐connected permanent magnet synchronous generator wind turbine

Bounadja

Belmadani

2023

Circuit Theory & Apps

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SummaryThis paper presents sliding mode pulse‐width modulation (SMPWM) for current‐controlled five‐leg converter (FLC) in wind energy system. The proposed topology substitutes at once two three‐phase converters, classified as back‐to‐back (BTB), by sharing one leg between the permanent magnet synchronous generator (PMSG) and power grid. To overcome the coupling of the two sides, the control of common leg is introduced. SMPWM methodology is designed using system dynamic model and surface decoupling approach to make system tracking desired references. The reference currents are selected to perform control requirements of PMSG wind turbine. The phase currents are controlled simultaneously during normal operation and in the event of unbalanced grid voltages. Different operating conditions are tested under wind variations including a turbulence component. The main objectives are to achieve balanced and sinusoidal currents, as well as smooth active and reactive powers injected into the grid. Simulation results show that FLC can act as BTB converters and demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme.

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Section: Preliminaries and Control Descriptionmentioning

confidence: 99%

“…Finally, reference signals

v_{n 1}^{*}

and

v_{n 2}^{*}

can be selected to perform required performance. They can be tracked using SMPWM to kept

v_{n 1}

and

v_{n 2}

at desired levels, or for setting the switching frequency according to the following relationship 29 :

f_{switch} false(v_{n 1,2}^{*} false) = \frac{1}{t_{on} false(v_{n 1,2}^{*} false) + t_{off} false(v_{n 1,2}^{*} false)}

where

t_{on} false(v_{n 1,2}^{*} false)

and

t_{off} false(v_{n 1,2}^{*} false)

are, respectively, the time duration of “switch on” and “switch off.”…”

Section: Smpwm Designmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Sliding mode pulse‐width modulation of five‐leg converter for grid‐connected permanent magnet synchronous generator wind turbine

Bounadja

Belmadani

2023

Circuit Theory & Apps

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“…Por otro lado y durante la desarrollo de esta tesis se han realizado otras publicaciones que no se incluyen en este compendio [5][6][7][8][9][10][11][12][13][14]. La literatura en el marco del control en modo deslizamiento y sus aplicaciones a la Electrónica de Potencia es extensa [15][16][17][18], aunque su aplicación en convertidores trifásicos se ha centrado básicamente en la utilización de coordenadas dq [19,20], y en una menor proporción en coordenadas αβ [21] o abc [22,23]. De hecho, en estas dos últimas referencias, se han propuesto diferentes métodos de desacoplo de los controladores en abc.…”

Section: Motivación Y Objetivosunclassified

Control de convertidores trifásicos mediante imposición de dinámica y estimadores

Guzmán Solà

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The present thesis is focused on the control of three-phase power converters using sliding-mode control (SMC) in abc frame. This work has been based on previous publications about the SMC applied to three-phase power converters. The main contribution of this Thesis is the deduction of different power converter models in order to be used in a Kalman filter (KF) algorithm. The main contribution is the deduction of a model for each power converter to be used in a Kalman filter. This proposal will allow to achieve a perfect decoupling between controllers in a more efficient way compared with the methods proposed in the state-of-the-art. It must be highlighted that the system behaviour can be modified according to the selected model which modifies the closed-loop dynamics according to some specific requirements, for instance to achieve active damping in voltage source inverters with LCL filter. In addition, the use of this estimator allows to obtain the PCC voltages free of noise and distortion even in the case of a highly distorted grid. The converters presented in this manuscript are a Voltage source inverter with LCL filter, a three-phase unity power factor rectifier and a three-phase active power filter. Esta tesis doctoral está centrada en el control de convertidores trifásicos utilizando control en modo deslizamiento en el marco de referencia abc. Los puntos de partida de este trabajo de investigación se basan en trabajos previos de control en modo deslizamiento aplicado a convertidores trifásicos, y en las bases teóricas de este tipo de control ampliamente utilizado en la Electrónica de Potencia. La principal aportación de esta tesis es la deducción de un modelo para cada uno de los convertidores tratados y su posterior utilización en un filtro de Kalman. Esta propuesta permitirá obtener un perfecto desacoplo entre controladores, cosa que hasta ahora no se había realizado de forma tan eficiente. Otra de las principales ventajas del método propuesto es la posibilidad de poder modificar el modelo del convertidor de acuerdo con unas determinadas especificaciones dinámicas, por ejemplo para obtener amortiguamiento activo en el caso de convertidores conectados a un filtro LCL. Cabe destacar que el uso de este estimador permite también estimar las tensiones del punto de conexión común, y por tanto obtener tres tensiones libres de ruido y distorsión incluso en el caso de una red altamente distorsionada. Los convertidores tratados en esta tesis son un rectificador trifásico con factor de potencia unitario, un filtro activo trifásico y un inversor trifásico con un filtro LCL.

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“…This approach is particularly attractive for its robustness and easy implementation [33]. In general, sliding mode technique is appropriate for variable structure systems (VSS) as power converters [5], [79]. Even though electrical machines are not VSS, Sliding Mode Control has been suggested as appropriate for their control [75], [76] mainly because to the use of power converters when applying the electrical machine control voltages and the discrete values taken by control voltage.…”

Section: Motivation and Antecedentsmentioning

confidence: 99%

Sliding mode control of the stand alone wound rotor synchronous generator

Muñoz Aguilar

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En esta Tesis ha sido analizado el control de la màquina sincrónica de rotor bobinado actuando en isla. Para esta configuración, la velocidad mecànica determina la frecuencia, y la tensión de rotor se utiliza para fijar la amplitud de la tensión de estator. Debido a que la constante de tiempo eléctrica es mucho más ràpida comparada con la constante de tiempo mecánica, la velocidad mecánica fue considerada constante y externamente regulada y la investigación se enfocó en la regulación de la amplitud de la tensión de estator. Cuatro diferentes controladores basados en técnicas de modos deslizantes fueron diseñados en el marco de referencia dq. Las leyes de control obtenidas regulan la amplitud de la tensión de estator independientemte del valor de la carga. Adicionalmente, sólo las medidas de tensión y posición del rotor (para calcular la transformada dq) son necesarias. La estabilidad de los puntos de equilibrio obtenidos fueron probados al menos utilizando anàlisis de pequeña señal. Se realizó la validación por simulación y experimental de cada controlador en diferentes escenarios. Los resultados obtenidos validan los diseños y muestran las principales ventajas y desventajas de el sistema en lazo cerrado. El capítulo 2 cubre los problemas de modelado de la màquina sincrónica de rotor bobinado. Partiendo de las ecuaciones trifásicas generales, y utilizando la transformada de Park, se encontraron el modelo en dq del generador sincrónico de rotor bobinado (WRSG) en isla, alimentando tanto carga resistiva como inductiva. Los puntos de equilibrio del sistema obtenido fueron analizados y calculados, luego se definió el objetivo de control. Finalmente, se obtuvieron modelos lineales aproximados y sus respectivas funciones de transferencia. Los controladores PI son los más usados en la industria porque ofrecen buen desempeño y son sencillos de implementar. En el capítulo 3, se obtuvieron las reglas de sintonización para el controlador PI, y se analizaron estos resultados con el objetivo de proponer nuevos controladores que mejoraran el desempeño de la clásica aproximación PI. El esquema de control en modos deslizantes para la WRSG conectada a una carga resistiva fue diseñado en el capítulo 4. Éste, también incluye un completo análisis de estabilidad del sistema en lazo cerrado. El capítulo 5 presenta dos diseños basados en modos deslizantes para regular la amplitud de la tensión de estator para el WRSG actuando en isla. Ambos diseños usan la componente d de la tensión de estator en la función de conmutación. El primer caso es un control anidado, donde un lazo externo PI es añadido para proveer la referencia de la componente d de la tensión. En la segunda aproximación un término integral es añadido a la superficie de conmutación. El caso de alimentar una carga inductiva es estudiado en el capítulo 6. El controlador requiere una extensión dinámica debido a que la amplitud de la tensión de estator es una salida de grado relativo cero. Como resultado, un controlador robusto, que no depende de los parámetros de la máquina ni de los valores de carga es obtenido. En el capítulo 7 los resultados de simulación y experimentales para los controladores diseñados para el WRSG actuando en isla son presentados. En primer lugar, una descripción completa del banco es presentada. Esta incluye detalles de la etapa de adquisición de datos y de la DSP utilizada. En segundo lugar, se hace la descripción del procedimiento de simulación. Luego, las simulaciones y experimentos, que contienen diferentes escenarios, con cambios de referencia y variaciones de carga para cada controlador son presentados. The control of the stand-alone the wound rotor synchronous generator has been analyzed in this dissertation. For this islanded configuration, the mechanical speed determines the frequency, and the rotor voltage is used to set the stator voltage amplitude. Due to the electrical time constant is so fast compared with the mechanical time constants, the mechanical speed was considered constant and externally regulated and the research was focused on the stator voltage amplitude regulation. Four different controllers based on sliding mode control techniques were designed in the dq reference frame. The obtained control laws regulate the stator voltage amplitude irrespectively of the load value. Furthermore, only voltage and rotor position measures (to compute the dq transformation), are required. The stability of the obtained equilibrium points was proved at least using small-signal analysis. Simulation and experimental validation of each controller containing several scenarios were carried out. The obtained results validate the designs and show the main advantages and disadvantages of each closed loop system. Chapter 2 covers the modeling issues of the wound rotor synchronous machine. From the general three-phase dynamical equations, and using the Park transformation, the dq-model of the stand-alone wound rotor synchronous generator feeding both a resistive and an inductive load are obtained. Equilibrium points of the obtained systems are analyzed and, after defining the control objective, the desired equilibrium points are computed. Finally, linear approximated models are obtained and their transfer functions are also presented. PI controllers are the most used in the industry because they offers good performance and are easily implementables. In Chapter 3 we obtain the tuning rule for the PI controller, and we analyze these results in order to propose new controllers which improve the classic PI approach. The sliding mode control scheme for the WRSG connected to a resistive load is designed in Chapter 4. It also includes a complete stability analysis of the closed loop system. Chapter 5 presents two sliding mode designs to regulate the stator voltage amplitude for a stand-alone wound rotor synchronous generator. Both use the stator voltage d-component error in the switching function. The first case is a nested controller, where an outer PI loop is added to provide the proper d-voltage component reference. In the second approach an integral term is added to the switching function. The case of feeding an inductive load is studied in Chapter 6. The controller introduces a dynamic extension because the stator voltage amplitude is a zero relative degree output. As result, a robust controller, which neither depends on the machine parameters nor on the load values, is obtained. In Chapter 7 the simulation and the experimental results of the designed controllers for the stand-alone wound rotor synchronous generator are presented. Firstly, a complete description of the bench is provided. It also includes details of the data acquisition stage and the used DSP card. Secondly, the description of the simulation procedure is commented. Then, the simulation and experiments which contains several scenarios, with reference change and load variations evaluated for each controller are presented.

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Sliding Mode Pulsewidth Modulation

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Sliding mode pulse‐width modulation of five‐leg converter for grid‐connected permanent magnet synchronous generator wind turbine

Sliding mode pulse‐width modulation of five‐leg converter for grid‐connected permanent magnet synchronous generator wind turbine

Control de convertidores trifásicos mediante imposición de dinámica y estimadores

Sliding mode control of the stand alone wound rotor synchronous generator

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