Impact of fractional filter in PI control loop applied to induction motor speed drive

Abstract

One of the main problems of electrical machine control systems is to obtain a satisfactory performance in the rejection of load disturbances, as well as in the set-point tracking tasks. Generally, the development of control algorithms does not take into account the presence of noise. Appropriate filtering is, therefore, essential to reduce the impact of noise on the output of the controller, in addition to the machine output. Recently, there has been a great tendency toward using fractional calculus to solve engineering problems. The filtering is one of the fields in which fractional calculus has received great attention. The importance of filters in signal processing and other engineering areas is unquestionable Novelty. The proposed work is intended to be a contribution in the recent works conducted on the influence of the fractional filtering on the control robustness of induction machines control. Purpose. The main contribution of this research is the application of fractional filtering to the standard PI control loop for an induction motor speed drive. Methods. In order to assess its impact and benefit, different structures for introducing the filters are investigated, A first order filter is considered in different positions, whether before or after the controller or even in both positions at the same time, with a noise source. A review of the index performance evolution (the Integral Square Error, Integral Absolute Error and Integral Time Absolute Error) has allowed a configuration design of the filter. Results. Intensive simulations were performed with a control setup using integer and fractional order filters, which permitted to conclude that the fractional filters give better performance indices compared to the integer one and thus improve the dynamic characteristics of the system.Однією з основних проблем систем керування електричними машинами є отримання задовільних характеристик при придушенні збурень навантаження, а також завдання відстеження уставок. Зазвичай, при розробці алгоритмів керування наявність шуму не враховується. Тому потрібна відповідна фільтрація для зниження впливу шуму на вихідний сигнал контролера на додаток до вихідного сигналу машини. Останнім часом спостерігається чітка тенденція до використання дробового обчислення для вирішення інженерних завдань. Фільтрація – це одна з областей, в якій дрібному обчисленню приділяється велика увага. Важливість фільтрів у обробці сигналів та інших галузях техніки незаперечна. Новизна. Запропонована робота покликана стати внеском у недавні роботи, присвячені впливу дробової фільтрації на надійність керування асинхронними машинами. Мета. Основним внеском цього дослідження є застосування дробової фільтрації до стандартного контуру ПІ-регулювання для приводу швидкості асинхронного двигуна. Методи. Щоб оцінити його вплив та користь, досліджуються різні конструкції для введення фільтрів. Фільтр першого порядку розглядається в різних положеннях до або після контролера або навіть в обох положеннях одночасно з джерелом шуму. Огляд розвитку показників ефективності (інтегральна квадратична помилка, інтегральна абсолютна помилка та інтегральна абсолютна помилка за часом) дозволив розробити конфігурацію фільтра. Результати. Значний обсяг моделювання був проведений з налаштуванням керування з використанням фільтрів цілочисельного та дробового порядку, що дозволило зробити висновок, що дробові фільтри дають кращі показники ефективності порівняно з цілочисельним і таким чином покращують динамічні характеристики системи.