Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm

Abstract

Introduction.Brushless DC (BLDC) motor is a type of permanent magnet synchronous motor that operates without brushes employed in many applications owing to its efficiency and control in electric cars. One of the main reasons BLDC motors are better than brushed DC motors is that they employ an electronic commutation circuit instead of a mechanical one. The fractional order sliding mode controller (FOSMC) was used, which is characterized by high durability and is not affected by the disturbances that the motor is exposed to during operation, as well as overcoming the chattering phenomenon present in the conventional sliding mode controller (CSMC).The noveltyof the proposed work consists of to use FOSMC by genetic algorithm (GA) to mitigate the chattering phenomena in sliding mode control (SMC) for optimal response for speed control and regeneration braking control in BLDC motor by using single stage by voltage source inverter and decrease energy use during motor starting. Purpose. Improvement FOSMC techniques for the regulation of BLDC motor’s driving control system. Methods. Employing the GA to optimize the parameters of FOSMC to mitigate the chattering phenomenon in SMC to regulate BLDC motor’s driving control system. Results. A comparison was made between two types of sliding controllers to obtain the best performance of the control system in speed control operations and motor braking operations, the FOSMC, through parameter optimization via the GA, surpasses the CSMC in achieving optimal performance in driving the BLDC motor.Practical value. FOSMC exhibits superiority over the CSMC, as indicated by the reduced integral time absolute error in motor speed tracking and regenerative brake control, with values of(0.028, 0.046, and 0.075)for the FOSMC, in contrast to(2.72, 1.56, and 0.17)for the CSMC, the overshoot for FOSMC is (0, 0, and 11.4), but for CSMC it is (60.4, 43.7, and 11.2). During braking mode for FOSMC, the power recovery from the motor to the battery was (1.96, 9, and 17.76), but in CSMC, it was (0.99, 4.49, and 11.98). Moreover, the braking length was expedited, and the battery’s initial power consumption diminished at the outset. References 32, tables 5, figures 6.

Alternate abstract:

Вступ'. Безщітковий двигун постійного струму (BLDC) – це тип синхронного двигуна з постійним магнітом, який працює без щіток і використовуються в багатьох сферах застосування завдяки своїй ефективності та контролю в електромобілях. Одна з головних причин, чому BLDC двигуни кращі за щіткові двигуни постійного струму, полягає в тому, що вони використовують електронну схему комутації замість механічної. Використовувався контролер режиму ковзання дробового порядку (FOSMC), який характеризується високою довговічністю та не залежить від збурень, яким піддається двигун під час роботи, а також подолав явище вібрації, присутнє у звичайному контролері режиму ковзання (CSMC). Новизна' запропонованої роботи полягає у використанні FOSMC за допомогою генетичного алгоритму (GA) для пом’якшення явища вібрації в управлінні режимом ковзання (SMC) для оптимальної реакції для керування швидкістю та керування регенераційним гальмуванням у BLDC двигуні за допомогою одноступінчатого інвертора джерела напруги і зменшити споживання енергії під час запуску двигуна. Призначення'. Удосконалення методів FOSMC для регулювання системи керування приводом BLDC двигуна. Методи'. Використання GA для оптимізації параметрів FOSMC для пом’якшення явища вібрації в SMC для регулювання системи керування приводом BLDC двигуна. Результати'. Проведено порівняння між двома типами ковзних контролерів для отримання найкращої продуктивності системи керування в операціях регулювання швидкості та операцій гальмування двигуна. FOSMC, завдяки оптимізації параметрів через GA, перевершує CSMC у досягненні оптимальної продуктивності в керуванні BLDC двигуном. Практична' цінність'. FOSMC демонструє перевагу над CSMC, на що вказує зменшена абсолютна похибка інтегрального часу у відстеженні швидкості двигуна та управлінні рекуперативним гальмом зі значеннями (0,028, 0,046 і 0,075) для FOSMC, на відміну від (2,72, 1,56 і 0,17) для CSMC, перевищення для FOSMC становить (0, 0 і 11.4), але для CSMC це (60.4, 43.7 і 11.2). Під час режиму гальмування для FOSMC відновлення потужності від двигуна до батареї було (1,96, 9 і 17,76), але в CSMC воно було (0,99, 4,49 і 11,98). Крім того, довжина гальмування була прискорена, а початкове енергоспоживання батареї зменшилося на початку. Бібл. 32, табл. 5, рис. 6.