Sensor Less Adaptive Back Stepping Speed Control of Im

8/14/2019 Sensor Less Adaptive Back Stepping Speed Control of Im

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P r o c e e d i n g s o f t h e 4 5 t h I E E E C o n f e r e n c e on D e c i s i o n & C o n t r o l WeB17.6M a n c h e s t e r G r a n d H y at t H ot elSan D i e g o , C A , U S A , December 1 3 - 1 5 , 2 0 0 6

SENSORLESS ADAPTIVE BACKSTEPPING SPEED CONTROL OF INDUCTION MOTORHou-Tsan L e e " , L i - C h e n F u 2 ' 3 , F e n g - L i L i a n 2

1 . T a k m i n g C o l l e g e , T a i p e i , T a i w a n2 . D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , N a t i o n a l T a i w a n U n i v e r s i t y , T a i p e i , T a i w a n3 . D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n gN a t i o n a l T a i w a n U n i v e r s i t y , T a i p e i , T a i w a n* E - m a i l : h i

A b s t r a c t : T h i s p ap er p ro p o se s a n a d a p t i v e s p e e d t r a c k i n g c o n t r o l s c h e m e f o r a n i n d u c t i o n m o t o r s u b j e c t t ou n k n o w n l o a d t o r q u e v i a b a c k s t e p p i n g a n a l y s i s . T h e c o n t r o l l e r i s d e v e l o p e d u n d e r a s p e c i a l n o n l i n e a r c o o r d i n a t et r a n s f o r m s u c h t h a t s p e e d c o n t r o l o b j e c t i v e c a n b e f u l f i l l e d . T h e u n d e r l y i n g d e s i g n c o n c e p t i s t o e n d o w t h ec l o s e d - l o o p s y s t e m w h i l e l a c k i n g t h e k n o w l e d g e o f s o m e k e y s y s t e m p a r a m e t e r s , s u c h a s t h e r o t o r r e s i s t a n c e , m o t o ri n e r t i a , a nd m o t o r d a m p i n g c o e f f i c i e n t . T h e p r o p o s e d c o n t r o l s ch e m e c o m e s a l o n g w i t h a t h o ro u gh p r oo f d e r i v e db a se d o n L y a p u n o v s t a b i l i t y t h e o r y . E x p e r i m e n t a l r e s u l t s a r e a l s o g i v e n t o v a l i d a t e t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e p r o p o s e dc o n t r o l s c h e m e .K e y w o r d s : A d a p t i v e c o n t r o l , i n d u c t i o n m o t o r s , b a c k s t e p p i n g a n a l y s i s , L y a p u n o v s t a b i l i t y ,1 . INTRODUCTIONT h e i n d u c t i o n m o t o r c o n t r o l i s a n i m p o r t a n t i s s u e i nb o t h m o t i o n c o n t r o l a n d s e r v o c o n t r o l a p p l i c a t i o n sb e c a u s e t h e i n d u c t i o n m o t o r c a n o p e r a t e i n aw i d e - r a n g e o f b o t h t o r q u e a n d s p e e d . A n d , t h e i re f f i c i e n c y a n d r o b u s t n e s s a r e u s e f u l f e a t u r e s i n i n d u s t r y .T h e c o n t r o l s c h e m e s b a s e d o n i n d i r e c t FOC a r e m u c hm o r e p o p u l a r d u e t o t h e a d v a n t a g e s i n a p p l i c a t i o n s( M a r i n o , e t a l . , 1 9 9 9 ; T a j i m a a n d H o r i , 1 9 9 3 ; E s p i n o s a ,e t a l . , 1 9 9 8 ) . I n g e n e r a l a p p l i c a t i o n s , i n d i r e c t v e c t o rc o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r i s w i d e l y a p p l i e d , w h e r e t h er o t o r f l u x i s e s t i m a t e d r a t h e r t h a n b e i ng m e a su r ed . T h i sr e q u i r e s a p r i o r i k n o w l e d g e o f t h e m a c h i n e p a r a m e t e r s ,w h i c h m a k e s t h e i n d i r e c t v e c t o r c o n t r o l s c h e m em a c h i n e d e p e n d e n t . G i v e n t h e f a c t t h a t p a r a m e t e r s mayc h a n g e s i g n i f i c a n t l y w i t h t e m p e r a t u r e a n d t h e r e a r es o m e s t a t e s t h a t a r e n o t e a s i l y a c q u i r e d , d e s i g n o fa p p r o p r i a t e o b s e r v e r s b e c o m e s c r u c i a l l y i m p o r t a n t t ot h e s u c c e s s o f t h e c o n t r o l ( K r i s h n a n a n d B h a r a d w a j ,1 9 9 0 ; S h i n , e t a l . , 2 0 0 0 ) . R e c e n t l y , t h e s e n s o r l e s s f i e l do r i e n t e d c o n t r o l s c h e m e g r a d u a l l y a p p e a r s a s a p o p u l a rc o n t r o l m e t h o d f o r i n d u c t i o n m o t o r ( M a r i n o , e t a l . ,1 9 9 6 ; L i n a n d F u , 2 0 0 0 ) . E v e n i n p a r t i c u l a ra p p l i c a t i o n s , s e n s o r l e s s FOC s h o w s i t s a d v a n t a g e s .( K w o n , e t a l . , 2 0 0 5 ; H i n k k a n e n , e t a l . , 2 0 0 5 ) On t h eo t h e r h a n d , t h e l o a d t o r q u e s t r u c t u r e i s a l s o a v e r yi m p o r t a n t k n o w l e d g e f o r c o n t r o l l e r d e s i g n t o a c h i e v eh i g h p e r f o r m a n c e c o n t r o l . T h e r e h a v e b e e n manyr e s e a r c h r e s u l t s i n t h e l i t e r a t u r e a b o u t t h e t o r q u ec o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r s o f a r ( R y u , e t a l . , 2 0 0 6 ; L e ea n d F u , 2 0 0 1 ; L a s c u , e t a l . , 2 00 0; O r t eg a a n d E s p i n o s a ,1 9 9 3 ) .T h i s r e s e a r c h w a s s u p p o r t e d i n p a r t b y t h e N a t i o n a lS c i e n c e C o u n c i l , T a i w a n , R O C , u n d e r t h e g r a n t NS C9 4 - 2 2 1 3 - E - 0 0 2 - 0 2 2 , NS C 9 5 - 2 2 1 8 - E - 0 0 2 - 0 3 1 a n dT a k m i n g C o l l e g e , T a i w a n , ROC.

G i v e n t h e a b o v e o b s e r v a t i o n , we p r o p o s e a s p e e dt r a c k i n g c o n t r o l s c h e m e b a s e d o n t h e i n d i r e c t FOC v i at h e b a c k s t e p p i n g d e s i g n ( K a n e l l a k o p o u l o s , e t a l . , 1 9 9 2 ) .M o r e o v e r , t h e p r o p o s e d c o n t r o l s c h e m e h a n d l e s t h ep r o b l e m s w i t h b o t h u n c e r t a i n t i e s o f r o t o r r e s i s t a n c e a n dl o a d t o r q u e , r e s p e c t i v e l y . T h e s y s t e m p a r a m e t e r s o f t h ei n d u c t i o n m o t or , e x ce p t i t s r o t o r r e s i s t a n c e , a n dm e c h a n i c a l p a r a m e t e r s , a r e k n o w n a s m e n t i o n e dp r e v i o u s l y . F o r r i g o r o u s n e s s , t h e d e v e l o p e d c o n t r o ls c h e m e i s t h o r o u g h l y a n a l y z e d v i a L y a p u n o v s t a b i l i t yt h e o r y , a n d t h e a s y m p t o t i c c o n v e r g e n c e p r o p e r t y i ss o u n d l y p r o v e d . E x p e r i m e n t a l r e s u l t s a r e g i v e n t ov a l i d a t e t h e p e r f o r m a n c e s .2 . PRELIMINARIESI n t h i s s e c t i o n , we w i l l f i r s t r e v i e w t h e m a t h e m a t i c a ld e s c r i p t i o n o f t h e o p e r a t i o n a l p r i n c i p l e o f a n i n d u c t i o nm o t o r i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s . B e f o r e we c o n t i n u e t h ec o n t r o l o f s p e e d o f t h e i n d u c t i o n m o t o r s , we f i r s t m a k es o m e b a s i c a s s u m p t i o n s a s s h o w n b e l o w :( A . 1 ) T h e i n d u c t i o n m o t o r i s a s s u m e d w i t h o u ts a t u r a t i o n , h y s t e r e s i s , e d d y c u r r e n t s , a n d s p a t i a l f l u xh a r m o n i c s .( A . 2 ) A l l t h e s t a t e s a r e m e a s u r a b l e e x c e p t t h e r o t o rf l u x .P a r a m e t e r s i n c l u d i n g r o t o r r e s i s t a n c e , r o t o r i n e r t i a ,d a m p i n g c o e f f i c i e n t , a n d t h e p a y l o a d c o e f f i c i e n t a r ea s s u m e d u n k n o w n .P r o p o s i t i o n 1 . U n d e r t h e a s s u m p t i o n s ( A . 1 ) , i f t h ei n p u t v o l t a g e s i n d - q f r a m e o f t h e v o l t a g e - f e d i n d u c t i o nm o t o r a r e d e f i n e d a s

c V q A d r V , a n d c V d ,q r d r

- A q r vq r +dr ( 1 )t h e n t h e p o w e r t r a n s f e r r e d t o t h e r o t o r o f i n d u c t i o nm o t o r i s m a x i m a l s u b j e c t t o t h e c o n s t r a i n t

1 - 4 2 4 4 - 0 1 7 1 - 2 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 2 0 0 6 I E E E . 1 2 5 2


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4 5 t h I E E E CDC, S a n D i e g o , U S A , D e c . 1 3 - 1 5 , 2 0 0 6

( V q ] d s ) =(V c ) 2 a t a n y t i m e ( L e e a n d F u , 2 0 0 1 ;L e e , e t a l . , 2 0 0 0 a ; L e e e t a l . , 2 0 0 0 b ) . Of c o u r s e , V d o e sn o t h a v e t o b e a c o n s t a n t . I n s t e a d , i t o f f e r s o n e D OF( d e g r e e o f f r e ed om ) c o n t r o l t o t h e s y s t e m . F o r g e n e r a lm e c h a n i c a l s y s t e m s , t h e l o ad t o rq u e i s a f u n c t i o n o f t h er o t o r s p e e d o ) , w h i c h n o r m a l l y h a s t h e f o r mT L = J L Z r + s g n ( c t ) , ) b o + b , c ) + b 2 s g n ( c t ) , nrJT h i s a s s u m p t i o n i s m o r e r e a l i s t i c t h a n a c o n s t a n t l o a dt o r q u e . T h e r e f o r e , t h e m e c h a n i c a l l o a d i n t h e f o r ma f o r e m e n t i o n e d c a n b e r e a r r a n g e d a s T L = H)W w i t ht h e c o n s t a n t p a r a m e t e r v e c t o r = [ J L b o b , b 2, Ta n d t h e k n o w n f u n c t i o n v e c t o r

f K 9 r s g n ( w 9 )W 9 r g n ( n ( C ) w J . I n t h e s e q u e l , wew i l l a s s u m e t h a t 0 i s u n k n o w n . On t h e o t h e r h a n d , wew o u l d l i k e t o s h o w t h a t , g i v e n a d e s i r e d s p e e dcommand W d , t h e r e e x i s t s a p r o p e r i n p u t s i g n a l V s u c ht h a t t h e s t e a d y s t a t e o f t h e s y s t e m e x a c t l y a c h i e v e s t h ep u r p o s e o f s p e e d t r a c k i n g , i . e . , W r = o d , a n d t h eo b j e c t i v e o f m a x i m a l p o w e r t r a n s f e r ( P r o p o s i t i o n 1 ) .T o t h i s e n d , we f i r s t i n t r o d u c e a r e a s o n a b l e r e s u l t( A . 3 ) X2= A + A 2 >na n d t h e n f u r t h e r s i m p l i f y t h e d y n a m i c a l m o d e l o f a ni n d u c t i o n m o t o r w i t h P r o p o s i t i o n 1 , a s s h o w n i n( O r t e g a a n d E s p i n o s a , 1 9 9 3 ; L i n a n d F u , 2 0 0 0 ) , w h i c hb e c o m e s : 2 h x2 a x l + 2 a 2 X 3 + 4 V ,

x ~ 2 = - 2 a 4 x 2 + 2 a 3 x 3 ,x 3 = a 3 x + a 2 x 2 - ( a l + a 4 ) x 3 + p x 5 x 4 ,x ~ 4 = - p x 5 x 3 - ( a 1 + a 4 ) x 4 +WV,J X 5 = a 5 x 4 f L ( X 5 ) ( 2 )

w h e r e t h e p a r a m e t e r s a b o v e a r e d e f i n e d i n t h e l i t e r a t u r e( L e e , e t . a l . , 2 0 0 2 ) .3 . OBSERVER AND CONTROLLERT o p r o c e e d w i t h t h e c o n t r o l l e r d e s i g n , we f i r s ti n t r o d u c e t h e o b s e r v e r s t o e s t i m a t e t h e u n m e a s u r a b l er o t o r f l u x , a n d t h e u n k n o w n r o t o r r e s i s t a n c e .3 . 1 O b s e r v e r D e s i g nDue t o A s s u m p t i o n ( A . 2 ) , we h a v e t o b u i l d a n o b s e r v e ra n d a p a r a m e t e r e s t i m a t o r t o e s t i m a t e t h e r o t o r f l u x a sw e l l a s t h e r o t o r r e s i s t a n c e . T h e r e e x i s t v a r i o u s t y p e s o ff l u x o b s e r v e r s a n d p a r a m e t e r e s t i m a t o r s i n t h el i t e r a t u r e , w h i c h h a v e b e e n d e s c r i b e d i n ( K w o n , e t a l . ,

2 0 0 5 ; L e e , e t . a l . , 2 0 0 2 ; L i n , a n d F u , 2 0 0 0 ; T a j i m a , e ta l . , 1 9 9 3 ) , t h e o b s e r v e r w h i c h we a d o p t e d i s d e s i g n e db y t h e a u t h o r s i n p r e v i o u s l i t e r a t u r e s a n d t h e d e t a i l e dd i s c u s s i o n i s o m i t t e d h e r e .3 . 2 S p e e d T r a c k i n g C o n t r o l l e rB e f o r e we i n t r o d u c e t h e d e s i g n o f t h e c o n t r o l l e r , i no r d e r t o a v o i d d e a l i n g w i t h t h e d i s c o n t i n u o u s f u n c t i o ns g n ( x ) , we a p p r o x i m a t e i t b y t h e s o - c a l l e d s i g m o i df u n c t i o n s m o d ( x ) d e f i n e d b e l o w :

e y _ x e - 7 xs g n ( x ) - s m o d ( x ) = ex - 7 X ( 3 )e ew h e r e y > 1 d e t e r m i n e s t h e s l o p e o f t h e f u n c t i o n . Byt a k i n g s u c h a n a p p r o x i m a t i o n , we w i l l b e a b l e t od i f f e r e n t i a t e t h e p a y l o a d f u n c t i o n f L ( r ) f o r t h es u b s e q u e n t p u r p o s e o f c o n t r o l l e r d e s i g n . T o p r o c e e dw i t h t h e d e s i g n , we f i r s t w r i t e d o w n t h e s p e e d t r a c k i n ge r r o r e q u a t i o n f r o m ( 2 ) a s :

J Q 5 = a 5 x 4 - O E ) T W , ( 4 )w h e r e e 5 = X 5 - C t d 0 = [ J b o b l b 2 ] T , a n dW = [ d s m o d ( x s ) X 5 s m o d ( X 5 ) X s 2 ] T A f t e rd i f f e r e n t i a t i n g b o t h s i d e s o f ( 4 ) , we o b t a i n t h ef o l l o w i n g :f e 5 = _ a 5 ( a l + a 4 ) X 4 a 5 p X 3 X 5 + a 5 jV OT( 5 )w h i c h c l e a r l y r e l a t e s t h e v o l t a g e i n p u t V t o t h e t r a c k i n ge r r o r e 5 , a n d l a y s d o w n a g r o u n d f o r c o n s t r u c t i n g a na d a p t i v e c o n t r o l l e r . H o w e v e r , t h e r e r e m a i n t w od i f f i c u l t i e s b e f o r e t h e c o n t r o l l e r d e s i g n . O n e i s t oe s t a b l i s h a b a c k s t e p p i n g d e s i g n e d t r a n s f e r f u n c t i o nf r o m t h e p a r a m e t r i c e r r o r t e r m t o t h e t r a c k i n g e r r o r e 5 ,a n d a n o t h e r i s t o d e c o m p o s e t h e u n c e r t a i n t y t e r m s i n t oa p r o d u c t o f u n k n o w n p a r a m e t r i c v e c t o r a n d k n o w nf u n c t i o n v e c t o r . I f we d e s i g n s t a b i l i z i n g f u n c t i o n f o r

X a s a , = - c 3 J e 5 +-TWa 5 w i t h L y a p u n o vf u n c t i o n V b = - J e 5 + ( x 4 a1 ) 2 .2 2I t s t i m e d e r i v a t i v e i s r e n d e r e d n e g a t i v e d e f i n i t eV b - c 3 a 5 J e 5 _ C 4 ( X 4 _ C ) 2 b y t h e c o n t r o lV = [ g 3 ( x ) + ) W - c 4 ( X 4a I - , 1 ) - a 5 e 5 ]w h e r e g 3 ( x ) = p x 3 x 5 + ( a l + a 4 ) x 4 - c 3 a 5 x 4 a n d

3 W 3 C 3 E ) T W+ 1 I ) W = C 3 E ) T W 1 +I T W ,a 5 a 5t h e p a r a m e t e r v e c t o r 0 ' a s w e l l a s t h e k n o w nf u n c t i o n v e c t o r W' i n t h e t e r m E ) T W , i . e . ,

1 2 5 3

WeB1 7 . 6


3/6


T 1 4 r 0 ' W ' , a n d c 3 , c 4 > 0 a n d t h e n d es ig n t h ei n p u t V i s d e s c r i b e d a s f o l l o w :=g 3 ( X ) + ) 3 - a 5 z , ] , w h e r e ( 6 )Q3 =03 F 4 z 2 W 3 ( 7 )a s t h e a d a p t i v e l a w , w i t h s o m e p o s i t i v e a d a p t a t i o ng a i n s . S u c h f a c t i s s t a t e d i n t h e f o l l o w i n g t h e o r e m .T h e o r e m 1 . C o n s i d e r a n i n d u c t i o n m o t o r w h o s ed y n a m i c s a r e g o v e r n e d b y S y s t e m ( 2 ) w i t h u n k n o w nl o a d t o r q u e u nd er A s s u m p t i on s ( A l ) a nd ( A 2 ) . G i v e n at w i c e - d i f f e r e n t i a b l e s m o o t h d e s i r e d s p e e d t r a j e c t o r y

C t d w i t h O d , W d a n d 6 0 d b e i n g a l l b o u n d e d , t h e n t h es t a t o r v o l t a g e d e s i g n a s ( m a x i m al p o w e r t r a n s f e r )

V = drq s , { 2 l ,2 d sq r 2 d r

A q r v,2 2 CA q r + dr

w h e r e V i s g i v e n b y e q u a t i o n ( 6 ) , s u b j e c t t o a d a p t i v el a w ( 7 ) , w i t h s o m e p o s i t i v e a d a p t a t i o n g a i n s F 4 , a n dt h e n e w v a r i a b l e s z 1 = e 5 , z 2 = X 4 - a 1 , w h e r e a ,

1 ' Ta n d W 3 a r e d e f i n e d a s . a 1 - c 3 J z l +-EOWa 5a n d T W 3 C 3 T W + I W C T W + I J i T WIa 5 a 5r e s p e c t i v e l y , w i l l g u a r a n t e e b o u n d e d n e s s o f a l l s i g n a l si n t h e c l o s e d - l o o p a n d c o n v e r g e n c e o f t h e r o t o r s p e e dt r a c k i n g , i . e . , e 5 - * 0 a s t - ( D o

P r o o f :S i n c e z 1 = e 5 i s b o u n d e d , a n d f L ( X 5 ) i s a l s o

b o u n d e d t h a t p r o v i d e s 1 = e 5 a l s o b o u n d e d . H e n c e ,X 4 c a n n o t b e u n b o u n d e d ( o t h e r w i s e , x 5 w i l l b eu n b o u n d e d ) . A s we k n o w , we c a n r e a r r a n g e t h ed y n a m i c a l e q u a t i o n s f r o m S y s t e m ( 2 ) a s s h o w n b e l o w :

2 h x 4 V- 2 a F 0 2 a 2 x 1 V K A] 2 =0 - 2 a 4 2 a 3 X2 + =AX+ uX3 _ a 3 a 2 - ( a l + U a 4 ) - X 3 P X 5 X 4

w h e r e A c a n b e s h o w n t o b e H u r w i t z a s a r e s u l t o ft h e m a t r i x o p e r a t i o n . A f t e r r e v i e w i n g d e f i n i t i o n s o f x 3a n d V , r e s p e c t i v e l y , f r o m ( 1 ) a n d ( 6 ) , we f o u n d t h a t t h ef i r s t e n t r y o f u w i l l b e b o u n d e d b e c a u s e x 2 g r o w sn o s l o w e r t h a n x 3 i f x 3 d o e s g r o w u n b o u n d e d . A s ar e s u l t , u i s a p p a r e n t l y b o u n d e d , a n d h e n c e X w i l l b eb o u nd e d . B u t t h i s f a c t l e a d s t o c o n t r a d i t i o n t o t h eh y p o t h e s i s i n t h e s e c o n d c a s e . T h i s t h e n p r o v e s t h eb o u n d e d n e s s o f a l l t h e s t a t e s . F o r c on v er ge nc e o ft r a c k i n g e r r o r e 5 , we n o t e t h a t e 5 i s b o u n d e d , a n dt h u s e 5 - 0 a s t - X o f r o m B a r b a l a t ' s L e m m a . .Q . E . D .

4 . EXPERIMENTAL RESULTST o v a l i d a t e t h e p e r f o rm a n ce s o f t h e p r o p o s e d c o n t r o l l e r ,we h o l d a s e r i e s o f e x p e r i m e n t s w h o s e s e t u p h a d b e e nd e m o n s t r a t e d i n ( L e e , e t a l . , 2 0 0 2 ) . W h o s e p a r a m e t e r sa r e l i s t e d a s f o l l o w s : R s = 0 . 8 3 Q Rm 0 . 5 3 Q L s= 0 . 0 8 6 0 1 ( H ) ' L r = 0 . 0 8 6 0 1 ( H ) ' Lm 0 . 0 8 2 5 9 ( H ) ,4 p o l e s , r a t e d c u r r e n t 8 . 6 A , 2 2 0 V , 6 0 H z , A C . J m a n dBm a r e a s s u m e d u n k n o w n . T h e m e c h a n i c a l l o a d t o r q u ei s o f t h e f o r m J L r + b O s & T ( W ) ) + b 1 b 2 s g n ( w ) w , r I nt h e e x p e r i m e n t s , t h e r e i s n o l o a d a p p l i e d o n t h ei n d u c t i o n m o t o r . T h e g a i n s a r e [ ' 4 ] = [ 5 0 0 , 1 0 0 ] i nn o n l i n e a r a d a p t i v e b a c k s t e p p i n g c o n t r o l l e r a n d t h ea d a p t a t i o n g a i n F 4 i s s e t t o u n i t y o f t h e c o n t r o l l e rd e s i g n . A c c o m p a n y w i t h k d l k d 2 = k q l = k q 2 0 . 0 0 3k o = 0 . 0 1 , k R = 2 0 0 o f t h e o b s e r v e r s ' g a i n s . T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f t h e s p e e d t r a c k i n g a r e

1 2 5 4

WeB1 7 . 6


4/6


d e m o n s t r a t e d i n t h e f o l l o w i n g c a s e s :C a s e 1 . T h e s p e e d c o m m a n d s a r e s m o o t h f u n c t i o n s ,N d = 5 0 ( 1 - e x p ( - 2 7 z t ) ) + 1 0 s i n ( 2 z t t ) an d 3 0 s i n ( 2 z t )w h i c h m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f s p e e d c o m m a n d i nT h e o r e m 1 . As s h o w n i n b o t h t h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n dt h e r e s u l t s o f F i g u r e 1 , t h e p e r f o r m a n c e s a r es a t i s f a c t o r y .C a s e 2 . T h e s p e e d c o m m a n d i s a s o r t o f s t e p - t y p ec o m m a n d ( 5 0 r a d / s e c ) t o v a l i d a t e t h e p r o p o s e dc o n t r o l l e r . F i g u r e 2 s h o w s t h e b o u n d e n e s s o f e s t i m a t e dp a r a m e t e r s a n d a l s o t h e p e r f o r m a n c e s o f t h e p r o p o s e dc o n t r o l l e r w i t h a s t e p s p e e d c o m m a n d . T h e e s t i m a t e dv a l u e s o f t h e u n k n o w n p a r a m e t e r s a r e t r u l y b o u n d e d .A n d , t h e e r r o r s o f b o t h s p e e d t r a c k i n g a n d t h ed e v i a t i o n o f r o t o r r e s i s t a n c e a r e r a p i d l y c o n v e r g e d .T h e c o n t r o l o b j e c t i v e i s a ch i ev e d e v e n w i t h t h e c r u c i a lc o n d i t i o n .C a s e 3 . T h e s p e e d t r a c k i n g c o n t r o l l e r i s o p e r a t e d i n ac r i t i c a l s i t u a t i o n o f b e n c h m a r k c o m m a n d s ( r a p i d l yc h a n g e s a s 3 0 - 0 - - 3 0 - 0 - 1 0 r a d s / s e c ) . F i g u r e 3s h o w s t h e s a t i s f a c t o r y p e r f o r m a n c e s o f t h e s p e e dt r a c k i n g . W e c a n s e e t h a t t h e a c t u a l s p e e d f o l l o w s t h es p e e d c o m m a n d . A n d , a l l t h e e s t i m a t e d p a r a m e t e r s a r eb o u n d e d . A l t h o u g h t h e s p e e d c o m m a n d r a p i d l yc h a n g e s , t h e a c t u a l s p e e d o u t p u t o f t h e i n d u c t i o n m o t o ri s c l o s e l y f o l l o w s u p . On t h e o t h e r h a n d , t h e c u r r e n ti n p u t i s z e r o a s t h e m o t o r s t o p s .A l l t h e e x p e r i m e n t s a r e c o n d u c t e d w i t h o u t t h ei n f o r m a t i o n o f t h e d e v i a t i o n o f r o t o r r e s i s t a n c e , t h em o t o r i n e r t i a a n d t h e d a m p i n g c o e f f i c i e n t o f t h ei n d u c t i o n m o t o r . A n d , t h e p a r a m e t e r s o f l o a d t o r q u ea r e u n k n o w n , e i t h e r .5 . CONCLUSIONSome c o n c l u d i n g r e m a r k s a r e s u m m a r i z e d a s f o l l o w s .T h e p r o p o s e d c o n t r o l s c h e m e i s d e v e l o p e d b a s e d o n a

n o v e l d y n a m i c a l m o d e l o f a n i n d u c t i o n m o t o r a n dd e s i g n e d u n d e r t h e b a c k s t e p p i n g c o n t r o l t e c h n i q u e .T h e p r op o se d s p ee d t r a c k i n g c o n t r o l l e r o f a n i n d u c t i o nm o t o r , w h i c h c o p e s w i t h t h e u n k n o w n m o t o rp a r a m e t e r s ( J m a n d B i n ) , t h e u n c e r t a i n t y o f r o t o rr e s i s t a n c e , a n d u n k n o w n l o a d t o r q u e T L , i s aL y a p u n o v - b a s e d d e s i g n . A l t h o u g h t h e s p e e d c o m m a n di s a s s u m e d b e i n g a t w i c e d i f f e r e n t i a b l e t r a j e c t o r y , b u tt h e s t e p t y p e c o m m a n d c a n b e d i r e c t l y a p p l i e d t o t h ep r o p o s e d c o n t r o l l e r w i t h s a t i s f a c t o r y p e r f o r m a n c e s , i . e . ,t h e a s s u m p t i o n c a n b e r e l a x e d i n r e a l i t y .REFERENCES1 . E s p i n o s a , G . , R . O r t e g a , a n d P . J . N i c k l a s s o n

( 1 9 9 8 ) . " T o r q u e a n d F l u x T ra ck in g o f I n d u c t i o nM o t o r s . " I n t . J . R o b u s t & N o n l i n e a r C o n t r . , V o l . 8 ,p p . 1 - 9 .

2 . K r i s h n a n , R . , a n d A . S . B h a r a d w a j ( 1 9 9 0 ) . " AR e v i e w o f P a r a m e t e r S e n s i t i v i t y a n d A d a p t a t i o n i nI n d i r e c t V e c t o r C o n t r o l l e d I n d u c t i o n M o t o r D r i v eS y s t e m s . " IEEE T r a n s . P o w e r E l e c t r o n . , V o l . 6 ,N o . 4 , p p . 4 3 4 - 4 4 0 .3 . L a s c u , C . , I . B o l d e a , a n d F . B l a a b j e r g ( 2 0 0 0 ) . "AM o d i f i e d D i r e c t T o r q u e C o n t r o l f o r n d u c t i o n M o t o rS e n s o r l e s s D r i v e . " IEEE T r a n s . I n d u s t . A p p l . , V o l .3 6 , N o . 1 , p p . 1 2 4 - 1 3 0 .

4 . K w o n , T a e - S u n g , M y o u n g - H o S h i n a n dD o n g - S e o k Hyun ( 2 0 0 5 ) , " S p e e d s e n s o r l e s s s t a t o rf l u x - o r i e n t e d c o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r i n t h e f i e l dw e a k e n i n g r e g i o n u s i n g L u e n b e r g e r o b s e r v e r " , IEEET r a n s a c t i o n s o n P o w e r E l e c t r o n i c s V o l . 2 0 , n o .4 , p p . 8 6 4 - 8 6 9 .

5 . H i n k k a n e n , M . , L e p p a n e n , V . - M . , a n d L u o m i , J .( 2 0 0 5 ) , " F l u x o b s e r v e r e n h a n c e d w i t h l o w - f r e q u e n c ys i g n a l i n j e c t i o n a l l o w i n g s e n s o r l e s s z e r o - f r e q u e n c yo p e r a t i o n o f i n d u c t i o n m o t o r s " , IEEE T r a n s a c t i o n so n I n d u s t r A p p l i c a t i o n s , V o l . 4 1 , n o . 1 , p p . 5 2 - 5 9 .

1 2 5 5

WeB1 7 . 6


5/6


6 . L e e , H . T . , L . C . F u , a n d H . S . H u a n g ( 2 0 0 2 ) ." S p e e d T r a c k i n g C o n t r o l w i t h Maximum P o w e rT r a n s f e r o f I n d u c t i o n M o t o r . " IEEE T r a n s . I n dE l e c t r . , p p . 9 1 1 - 9 2 4 , V o l . 4 9 , N o . 4 , 2 0 0 2 .7 . L e e , H . T . , L . C . F u , a n d H . S . H u a n g ( 2 0 0 0 a ) ." S p e e d T r a c k i n g C o n t r o l w i t h M a x i m a l P o w e rT r a n s f e r o f I n d u c t i o n M o t o r . " P r o c . IEEE 3 9 t h C o n fO n D e c i s i o n a n d C o n t r o l , p p . 9 2 5 - 9 3 0 .

8 . L e e , H . T . , J . S C h a n g , a n d L . C . F u ( 2 0 0 0 b ) ." E x p o n e n t i a l S t a b l e N o n l i n e a r C o n t r o l f o r S p e e dR e g u l a t i o n o f I n d u c t i o n M o t o r w i t h F i e l d O r i e n t e dP I - C o n t r o l l e r . " I n t . J . A d a p . C o n t r . & S i g n . P r o c . ,V o l . 2 1 , N o . 2 3 , p p . 2 9 7 - 3 2 1 .9 . L e e , H . T . , a n d L . C . F u ( 2 0 0 1 ) . " N o n l i n e a rC o n t r o l o f I n d u c t i o n M o t o r w i t h Unknown R o t o rR e s i s t a n c e a n d L o a d A d a p t a t i o n . " P r o c . A m e r i c a nC o n t r o l C o n f e r e n c e , p p . 5 5 - 5 9 .

1 0 . L i n , Y . C . , a n d L . C . F u ( 2 0 0 0 ) . " N o n l i n e a rS e n s o r l e s s I n d i r e c t A d a p t i v e S p e e d C o n t r o l o fI n d u c t i o n M o t o r s w i t h Unknown R o t o r R e s i s t a n c ea n d L o a d . " I n t . J . A d a p . C o n t r . & S i g n . P r o c . , V o l .2 1 , N o . 2 3 .1 1 . M a r i o n , R . , S . P e r e s a d a , a n d P . T o m e i ( 1 9 9 6 ) ." A d a p t i v e O b s e r v e r - B a s e d C o n t r o l o f I n d u c t i o nM o t o r w i t h U n c e r t a i n t y o f r o t o r r e s i s t a n c e . " I n t . J .A d a p t . C o n t r . & S i g n a l P r o c . , V o l . 1 0 , p p . 3 4 5 - 3 6 3 .

1 2 . M a r i n o , R . , S . P e r e s a d a , a n d P . T o m e i ( 1 9 9 9 ) ." G l o b a l A d a p t i v e O u t p u t F e e d b a c k C o n t r o l o fI n d u c t i o n M o t o r s w i t h U n c e r t a i n R o t o r R e s i s t a n c e . "IEEE T r a n s . A u t o m a t . C o n t r . , V o l . 4 4 , N o . 5 , p p .9 6 8 - 9 8 3 , 1 9 9 9 .1 3 . O r t e g a , R . , a n d G . E s p i n o s a ( 1 9 9 3 ) . " T o r q u eR e g u l a t i o n o f I n d u c t i o n M o t o r s . " A u t o m a t i c a , V o l .2 9 , N o . 3 , p p . 6 2 3 - 6 3 3 .

1 4 . S h i n , M . H . , D . S . H y u n , S . B . C h o , a n d S . Y .C h o e ( 2 0 0 0 ) . "An I m p r o v e d S t a t o r F l u x E s t i m a t i o n

f o r S p e e d S e n s o r l e s s S t a t o r F l u x O r i e n t a t i o n C o n t r o lo f I n d u c t i o n M o t o r s . " IEEE T r a n s . P o w e r E l e c t r o n . ,V o l . 2 2 , N o . 2 , p p . 3 1 2 - 3 1 8 .

1 5 . T a j i m a , H . , a n d Y . H o r i ( 1 9 9 3 ) . " S p e e dS e n s o r l e s s F i e l d - O r i e n t a t i o n C o n t r o l o f I n d u c t i o nM a c h i n e . " IEEE T r a n s . I n d u s t . A p p l . , V o l . 2 9 , N o . 1 ,p p . 1 8 5 - 1 8 0 .

1 6 . K a n e l l a k o p o u l o s , I . , P . V . K ok o t ov i c a nd A . S .M o r s e ( 1 9 9 2 ) , "A T o o l k i t f o r N o n l i n e a r F e e d b a c kD e s i g n " , S y s t e m & C o n t r o l L e t t e r s , p p . 8 3 - 9 2 .

1 7 . R y u , J . H . , L e e , K . W . , a n d L e e , J . S . ( 2 0 0 6 ) , "AU n i f i e d F l u x a n d T o r q u e C o n t r o l M e t h o d f o rD T C - B a s e d I n d u c t i o n - M o t o r D r i v e s , " IEEET r a n s a c t i o n s o n P o w e r E l e c t r o n i c s , V o l . 2 1 , n o . 1 ,p p . 2 3 4 - 2 4 2 .

( a l ) k u a l S p e d ( b i ) 1 u a l S p e d4 0

o 400 2 4 6 8 1 0 0 2 4 6 8 1 0( a 2 ) 5 ' g o r C u r r e d r2) l a o r C u r r e d

2 4 6 8 1 0 0 2 4 6 8 1 0

F i g 1 . E x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f a s i n u s o i d a l s p e e dt r a c k i n g ( L e f t : 5 0 ( 1 - e x p ( - 2 g z t ) ) + 1 0 s i n ( 2 z t ) ; R i g h t :3 0 s i n ( 2 z t ) r a d / s e c ) .

1 2 5 6

WeB1 7 . 6


6/6


( 1 i A c u a I S p e e d P ) S p e e d E r r o r

0

O 2 3 4 5 0 2 3 4 5( 5 ) E s ' i m 3 ' e i J ( 6 ) E d i m a l e d b O02 5

0.15E 2

-0.1

0 . 0 5

0- 0.O 2 3 4 5 0 2 3 4 5

F i g 2 . E x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f a s t e p - t y p e s p e e dt r a c k i n g ( 5 0 r a d / s e c ) . F i g . 3 . E x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f s p e e d t r a c k i n g( b e n c h m a r k , 3 0 - 0 - - 3 0 - 0 - 1 0 r a d s / s e c )

1 2 5 7

WeB1 7 . 6

( 1 A d u a 1 , S p e d P ) S p e e d E r r o r

0

04

Sensor Less Adaptive Back Stepping Speed Control of Im

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