[論文レビュー] Design of Current Controller for Two Quadrant DC Motor Drive by Using Model Order Reduction Technique

K. Ramesh, K. Ayyar+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2010

Real-time simulation and control systems参考文献 10被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、2象限DCモータドライブの電流制御系設計のためのモデル順序低減（MOR）手法を提案する。従来のゲイン近似手法に代わり、ハイブリッドMOR手法を採用することで、優れた制御ゲインが得られ、MATLABシミュレーションにより動的応答性および安定性の向上が検証された。

ABSTRACT

In this paper, design of current controller for a two quadrant DC motor drive was proposed with the help of model order reduction technique. The calculation of current controller gain with some approximations in the conventional design process is replaced by proposed model order reduction method. The model order reduction technique proposed in this paper gives the better controller gain value for the DC motor drive. The proposed model order reduction method is a mixed method, where the numerator polynomial of reduced order model is obtained by using stability equation method and the denominator polynomial is obtained by using some approximation technique preceded in this paper. The designed controller's responses were simulated with the help of MATLAB to show the validity of the proposed method.

研究の動機と目的

• 従来のゲイン計算における近似手法に依存する2象限DCモータドライブにおける電流制御系設計の限界を克服すること。
• モデル順序低減を用いた、より正確で体系的な制御ゲインの決定手法の開発。
• 最適化された制御パラメータを用いて、DCモータドライブの動的応答性および安定性の向上。
• シミュレーションを用いて、提案されたMORに基づく設計手法の有効性の検証。

提案手法

• 提案手法は、混合モデル順序低減技術を用い、低次元モデルの分子多項式は安定性方程式法を用いて導出される。
• 低次元モデルの分母多項式は、本稿で開発された新規な近似手法により得られる。
• 低次元モデルを用いて電流制御ゲインを計算し、従来のヒューリスティックまたは近似手法に代わる。
• 制御系設計は実装され、MATLABシミュレーションを用いてその性能が評価される。
• 低次元モデルに主要なシステムダイナミクスを保持することで、安定性および改善された過渡応答性が保証される。
• システム理論的MORの原則をDCモータ用途の実践的制御チューニングと統合するアプローチ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モデル順序低減手法は、従来の近似手法と比較して、2象限DCモータドライブにおける電流制御ゲイン計算の正確性を向上させることができるか？
• RQ2 安定性方程式法と近似手法を組み合わせた本稿のハイブリッドMOR手法は、制御系性能にどのように影響を与えるか？
• RQ3 従来の設計と比較して、提案された制御系の動的応答性はどの程度向上するか？
• RQ4 低次元モデルは、安定的かつ効果的な電流制御に必要な主要なシステム特性を保持しているか？

主な発見

• 提案されたモデル順序低減手法は、従来の近似に基づく設計手法よりも優れた制御ゲイン値を生成する。
• MATLABにおけるシミュレーション結果は、電流制御系の動的応答性および安定性の向上を確認した。
• ハイブリッドMORアプローチは、制御系設計における正確性と計算の簡便さの両立に成功した。
• 分子には安定性方程式法、分母には新規な近似手法を用いることで、モデルの忠実性が向上した。
• 低次元モデルは、元のシステムの支配的ダイナミクスを効果的に捉えており、信頼性の高い制御系合成を可能にした。
• 本手法は、リアルタイムDCモータ制御システムへの実装可能性を示した。