Optimization of fractional PI controller parameters for enhanced induction motor speed control via indirect field-oriented control

Abstract

Induction Motors (IM) possess advantages such as stability, reliability, and ease of control, making them suitable for many purposes; the literature elucidates control methodologies for IM drives, primarily focusing on scalar and vector control techniques; the conventional method utilized in manufacturing is scalar control, which unfortunately demonstrates optimal performance solely in steady-state conditions. The absence of significant instantaneous torque control restricts flux and dissociated torque, resulting in subpar dynamic responsiveness. Indirect Field Oriented Control (IFOC) for IM drives has proven beneficial for various industrial applications, particularly electric vehicle propulsion. The primary advantages of this approach include the decoupling of torque and flux characteristics and its straightforward implementation. The novelty of the work consists of a proposal for a driving cycle model for testing the control system of electric vehicles in Mosul City (Iraq), and using a Complex Fractional Order Proportional Integral (CFOPI) controller to control IMs via IFOC strategies, the Artificial Bee Colony (ABC) algorithm was applied, which is considered to be highly efficient in finding the values of controllers. Purpose. Improvement IFOC techniques for the regulation of IM speed. Methods. Using the ABC algorithm in tuning the two unique CFOPI controller, and a Real Fractional Order Proportional Integral (RFOPI) controller, to regulate the speed of a three-phase IM via IFOC techniques. Results. The CFOPI controller outperforms the RFOPI controller in obtaining the best performance in controlling the IM. Practical value. The CFOPI controller demonstrates superiority over the RFOPI controller, as evidenced by the lower integral time absolute error in motor speed tracking during the driving cycle 2.1004 for the CFOPI controller compared to 2.1538 for the RFOPI controller.Асинхронні двигуни (АД) мають такі переваги, як стабільність, надійність і легкість керування, що робить їх придатними для багатьох цілей; література пояснює методології керування приводами АД, головним чином зосереджуючись на методах скалярного та векторного керування; звичайний метод, який використовується у виробництві, – це скалярне керування, яке, на жаль, демонструє оптимальну продуктивність лише в стаціонарних умовах. Відсутність значного миттєвого контролю крутного моменту обмежує потік і дисоційований крутний момент, що призводить до низької динамічної чутливості. Непряме поле-орієнтоване керування (IFOC) для приводів АД, довело свою користь для різноманітних промислових застосувань, зокрема для двигунів електромобілів. Основні переваги цього підходу включають відокремлення характеристик крутного моменту та потоку та його пряме впровадження. Новизна роботи полягає в пропозиції моделі циклу водіння для тестування системи керування електромобілями в місті Мосул (Ірак), і використання контролера комплексного дробового порядку пропорційного інтегралу (CFOPI) для керування АД за допомогою стратегій IFOC, було застосовано алгоритм штучної бджолиної колонії (ABC), який вважається високоефективним у пошуку значень контролерів. Мета. Удосконалення методики IFOC для регулювання швидкості АД. Методи. Використання алгоритму ABC для налаштування двох унікальних контролерів CFOPI та контролера реального дробового порядку пропорційного інтегралу (RFOPI) для регулювання швидкості трифазного АД за допомогою методів IFOC. Результати. Контролер CFOPI перевершує контролер RFOPI в отриманні найкращої продуктивності в управлінні АД. Практична цінність. Контролер CFOPI демонструє перевагу над контролером RFOPI, про що свідчить менша абсолютна похибка інтегрального часу у відстеженні швидкості двигуна під час циклу руху 2.1004 для контролера CFOPI порівняно з 2.1538 для контролера RFOPI.