Determination of Induction Motor Speed using Kalman Filter

Abstract

Tato práce popisuje návrh a implementaci diskretizovaného rozšířeného Kalmanova filtru (EKF) pro odhad rychlosti asynchroního motoru. V této implementaci EKF je rychlost motoru považována za další stav systému a filtr je navržen tak, aby odhadoval právě tento stav. Vstupem pro filtr jsou napětí na výstupu měniče a statorové proudy. Simulace jsou provedeny v prostředí Matlab Simulink a po ověření funkčnosti je algoritmus otestován i na laboratorním motoru. Filtr je realizován na mikroprocesorové řídicí jednotce dSPACE DS1103, která také obsluhuje záznam a vizualizaci dat v reálném čase a uživatelské rozhraní ovládání. Pro řízení pohonu je použita strategie prediktivního řízení momentu (PTC). V experimentální části je předvedena přesnost stanovení rychlosti v různých pracovních bodech včetně oblastí vysokých a nízkých otáček. Dále je provedena optimalizace filtru pro lepší odezvu v přechodových dějích i ve stabilních stavech. Nakonec je proveden rozbor získaných výsledků.

This thesis describes the design and implementation of the discretized Extended Kalman Filter (EKF) for the estimation of the speed of the induction motor. In this implementation, the speed is treated as an additional state of the system and the EKF is designed to estimate this state. The inputs for the filter are the inverter voltage and stator currents. The simulations are carried out in Matlab Simulink and after the verification of the filter, the algorithm is tested with laboratory motor. The filter is implemented on the dSPACE DS1103 microprocessor controlling unit, which also handles the real-time data logging and visualization, and the control user interface. Predictive Torque Control (PTC) strategy is employed for the motor drive. The experimental part presents the speed determination accuracy in various working points including high and low speed areas. Then the optimization of the filtering process for better response in transients and stable states are performed. Finally, the results are evaluated.