Control of Electrical Machines

In questa pagina, inserisco le slides relative al progetto che ho realizzato per il corso di Controllo di Macchine Elettriche (Control of Electrical Machines, mutuato dal corso di Laurea Magistrale in Mechatronics Engineering). All'interno del corso, ho avuto l'opportunità di apprendere ed entrare in contatto con le più moderne tecniche di controllo non lineare per motori elettrici DC ed AC ad induzione (direct field-oriented control, indirect field-oriented control, I/O feedback-linearising control per motori ad induzione, e loro estensione ai generatori sincroni a magneti permanenti mediante letter swapping). Sono state inoltre sviluppate le più moderne tecniche di controllo adattativo, ed il design mediante l'uso di funzioni di Lyapunov, del Lemma di Barbalat e della Persistenza di Eccitazione, al fine di garantire convergenza esponenziale a zero della dinamica d'errore a garanzia della robustezza del sistema a ciclo chiuso stesso. E' stato altresì trattato il design di osservatori non lineari, adattativi e non, atti all'implementazione delle suddette architetture di controllo.

In particolare, la mia attività di progetto si è concentrata sul design di osservatori non lineari del flusso rotorico (nella pratica non misurabile, ma necessario per l'adozione del suddetto direct field-oriented control) sia non adattativi prima, che adattativi rispetto alla resistenza rotorica poi (essendo che questa tende a variare durante l'operatività del motore per ragioni termiche). Si specifica come tutti gli algoritmi di controllo - non lineari, adattativi e robusti - sviluppati sono stati validati mediante simulazioni in ambiente MATLAB-Simulink, valutando anche la robustezza rispetto a saturazioni sul comando ed a variazioni parametriche rispetto ai parametri adattati. In conclusione, è stato poi studiato un algoritmo di Iterative Learning Control per il controllo di motori stepper.

On this page, I include the slides relating to the project I carried out for the "Control of Electrical Machines" course I attended, and borrowed from the Master's degree in Mechatronics Engineering. As part of the course, I had the opportunity to learn and get exposed to the most modern non-linear control techniques for DC motors and AC induction motors (direct field-oriented control, indirect field-oriented control, I/O feedback-linearising control for induction motors, and their extension to permanent magnet synchronous generators by letter swapping). The most modern adaptive control techniques were also developed, as well as non-linear adaptive design using Lyapunov functions, Barbalat's Lemma and the Persistence of Excitation, in order to guarantee exponential convergence to zero of the error dynamics aimed at ensuring the robustness of the closed-loop system itself. The design of non-linear, adaptive and non-adaptive observers for the implementation of the aforementioned control architectures was also covered.

In particular, my project activity focused on the design of non-linear observers for the rotor flux (which is not measurable in practice, but necessary for the adoption of the forementioned direct field-oriented control), firstly in its non-adaptive version, and then adaptive with respect to the rotor resistance (since this quantity tends to vary during engine operation for thermal reasons). It is important to emphasize that all the control algorithms - non-linear, adaptive and robust - developed as a part of the project were validated by means of simulations in the MATLAB-Simulink environment, also assessing robustness with respect to saturations on the control input and to parametric variations with respect to the adapted parameters. In conclusion, an Iterative Learning Control algorithm for the control of stepper motors was studied and analysed.