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Auteur Bingham, Christopher M.
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Affiner la rechercheCompensation of nonlinearities in diode-clamped multilevel converters / Minshull, Stephen R. in IEEE transactions on industrial electronics, Vol. 57 N° 8 (Août 2010)
in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 57 N° 8 (Août 2010) . - pp. 2651 - 2658
Titre : Compensation of nonlinearities in diode-clamped multilevel converters Type de document : texte imprimé Auteurs : Minshull, Stephen R., Auteur ; Bingham, Christopher M., Auteur ; Stone, David A., Auteur Année de publication : 2011 Article en page(s) : pp. 2651 - 2658 Note générale : Génie électrique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Dead-time compensation Multilevel converter Permanent-magnet synchronous motor Space-vector (SV) modulation (SVM) Index. décimale : 621.38 Dispositifs électroniques. Tubes à électrons. Photocellules. Accélérateurs de particules. Tubes à rayons X Résumé : The application of multilevel converters for exciting permanent-magnet machines with low-phase inductance to dc-link voltage ratios facilitates a reduction in high-frequency switching harmonics. However, converter nonlinearities and, in-particular, on-state device voltage drops, create additional low-frequency harmonics. This paper therefore proposes a generic compensation scheme to accommodate the effects of such converter nonlinearities and, in doing so, improve the harmonic quality of the machine phase currents. Experimental results gathered from a prototype five-level diode-clamped converter validate the benefits of the proposed scheme by showing quantitative reductions in low-frequency harmonics. DEWEY : 621.38 ISSN : 0278-0046 En ligne : http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5067304 [article] Compensation of nonlinearities in diode-clamped multilevel converters [texte imprimé] / Minshull, Stephen R., Auteur ; Bingham, Christopher M., Auteur ; Stone, David A., Auteur . - 2011 . - pp. 2651 - 2658.
Génie électrique
Langues : Anglais (eng)
in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 57 N° 8 (Août 2010) . - pp. 2651 - 2658
Mots-clés : Dead-time compensation Multilevel converter Permanent-magnet synchronous motor Space-vector (SV) modulation (SVM) Index. décimale : 621.38 Dispositifs électroniques. Tubes à électrons. Photocellules. Accélérateurs de particules. Tubes à rayons X Résumé : The application of multilevel converters for exciting permanent-magnet machines with low-phase inductance to dc-link voltage ratios facilitates a reduction in high-frequency switching harmonics. However, converter nonlinearities and, in-particular, on-state device voltage drops, create additional low-frequency harmonics. This paper therefore proposes a generic compensation scheme to accommodate the effects of such converter nonlinearities and, in doing so, improve the harmonic quality of the machine phase currents. Experimental results gathered from a prototype five-level diode-clamped converter validate the benefits of the proposed scheme by showing quantitative reductions in low-frequency harmonics. DEWEY : 621.38 ISSN : 0278-0046 En ligne : http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5067304
in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°3 (Juin 2007) . - 1387-1399 p.
Titre : Enhanced servo-control performance of dual-mass systems Titre original : Exécution augmentée de servocommande des systèmes de masse duels Type de document : texte imprimé Auteurs : O'Sullivan, Timothy M, Auteur ; Bingham, Christopher M., Auteur ; Schofield, Nigel, Auteur Article en page(s) : 1387-1399 p. Note générale : Electronique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Acceleration control Motion control Resonance Robustness Surface acoustic wave devices Torque control Velocity control Vibration control Commande d'accélération Commande de mouvement Résonance Robustesse Dispositifs extérieurs d'onde acoustique Commande de couple Commande de vitesse Index. décimale : 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie Résumé : This paper provides systematic analysis and controller design methods for high-performance two-mass servo drives with an appraisal of the effects of supplementary filtering elements associated with practical systems. Implementation issues and the resulting performance achievable from proportional-integral, proportional-integral-derivative (PID), and resonance ratio control (RRC) controllers with regard to both closed-loop robustness and control of the process variable (load velocity), in response to a step reference speed or load-side disturbance, are presented. It is shown that the high-frequency gain of the controllers is a critical design variable for determining the resulting robustness of the closed-loop system when subject to unmodeled resonant modes, high-frequency noise from the derivative of quantized sensor signals, and process perturbations, and is strongly influenced by the location and number of filters present in the various feedback loops and, importantly, the ratio of their time constants. A complete design methodology is also presented to assign the time constants of the various loop filters, and their location, using a single user-definable variable, thereby reducing the time-consuming trial-and-error approach commonly employed using conventional tuning procedures. The technique employs both time- and frequency-domain design tools to address the conflicting requirements of robustness and control performance (overshoot, bandwidth, etc.). It is also shown that, since the PID and RRC controllers are closely related, they are theoretically able to impart identical closed-loop input-output dynamics. However, by virtue of the different feedback mechanisms employed, RRC is shown to provide superior closed-loop robustness. This paper demonstrates, and practically validates, the proposed techniques by showing significant performance enhancements from a commercial off-the-shelf servo-drive test platform.
Cet article fournit l'analyse systématique et les méthodes de conception de contrôleur pour le servo à rendement élevé de la deux-masse conduit avec une évaluation des effets des éléments filtrants supplémentaires liés aux systèmes pratiques. Des questions d'exécution et l'exécution résultante réalisable de proportionnel-intégral, du proportionnel-intégral-dérivé (PID), et des contrôleurs de la commande de rapport de résonance (RRC) en ce qui concerne la robustesse en circuit fermé et la commande de la variable de processus (vitesse de charge), en réponse à une perturbation de vitesse ou de charge-côté de référence d'étape, sont présentées. On lui montre que le gain à haute fréquence des contrôleurs est une variable critique de conception pour déterminer la robustesse résultante du système en circuit fermé quand sujet à unmodeled des modes résonnants, le bruit de haute fréquence du dérivé de la sonde quantized signale, et des perturbations de processus, et est fortement influencé par l'endroit et le nombre de filtres actuels dans les diverses boucles de rétroaction et, d'une manière primordiale, le rapport de leurs constantes de temps. Une méthodologie de conception complète est également présentée pour assigner les constantes de temps des divers filtres de boucle, et leur endroit, en utilisant une variable utilisateur-définissable simple, réduisant de ce fait l'approche longue d'épreuve-et-erreur généralement utilisée en utilisant des procédures de accord conventionnelles. La technique utilise des outils de temps et de conception de fréquence-domaine d'adresser les conditions contradictoires de l'exécution de robustesse et de commande (dépasser, largeur de bande, etc.). On lui montre également que, depuis le PID et le RRC des contrôleurs sont étroitement liés, ils peuvent théoriquement donner la dynamique en circuit fermé identique d'entrée-sortie. Cependant, en vertu des différents mécanismes de rétroaction utilisés, RRC est montré pour fournir la robustesse en circuit fermé supérieure. Cet article démontre, et valide pratiquement, les techniques proposées en montrant des perfectionnements significatifs d'exécution d'un disponible immédiatement commercial servo-conduisent la plateforme d'essai.DEWEY : 621 ISSN : 0278-0046 RAMEAU : Ondes sonores En ligne : c.bingham@sheffield.ac.uk [article] Enhanced servo-control performance of dual-mass systems = Exécution augmentée de servocommande des systèmes de masse duels [texte imprimé] / O'Sullivan, Timothy M, Auteur ; Bingham, Christopher M., Auteur ; Schofield, Nigel, Auteur . - 1387-1399 p.
Electronique
Langues : Anglais (eng)
in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°3 (Juin 2007) . - 1387-1399 p.
Mots-clés : Acceleration control Motion control Resonance Robustness Surface acoustic wave devices Torque control Velocity control Vibration control Commande d'accélération Commande de mouvement Résonance Robustesse Dispositifs extérieurs d'onde acoustique Commande de couple Commande de vitesse Index. décimale : 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie Résumé : This paper provides systematic analysis and controller design methods for high-performance two-mass servo drives with an appraisal of the effects of supplementary filtering elements associated with practical systems. Implementation issues and the resulting performance achievable from proportional-integral, proportional-integral-derivative (PID), and resonance ratio control (RRC) controllers with regard to both closed-loop robustness and control of the process variable (load velocity), in response to a step reference speed or load-side disturbance, are presented. It is shown that the high-frequency gain of the controllers is a critical design variable for determining the resulting robustness of the closed-loop system when subject to unmodeled resonant modes, high-frequency noise from the derivative of quantized sensor signals, and process perturbations, and is strongly influenced by the location and number of filters present in the various feedback loops and, importantly, the ratio of their time constants. A complete design methodology is also presented to assign the time constants of the various loop filters, and their location, using a single user-definable variable, thereby reducing the time-consuming trial-and-error approach commonly employed using conventional tuning procedures. The technique employs both time- and frequency-domain design tools to address the conflicting requirements of robustness and control performance (overshoot, bandwidth, etc.). It is also shown that, since the PID and RRC controllers are closely related, they are theoretically able to impart identical closed-loop input-output dynamics. However, by virtue of the different feedback mechanisms employed, RRC is shown to provide superior closed-loop robustness. This paper demonstrates, and practically validates, the proposed techniques by showing significant performance enhancements from a commercial off-the-shelf servo-drive test platform.
Cet article fournit l'analyse systématique et les méthodes de conception de contrôleur pour le servo à rendement élevé de la deux-masse conduit avec une évaluation des effets des éléments filtrants supplémentaires liés aux systèmes pratiques. Des questions d'exécution et l'exécution résultante réalisable de proportionnel-intégral, du proportionnel-intégral-dérivé (PID), et des contrôleurs de la commande de rapport de résonance (RRC) en ce qui concerne la robustesse en circuit fermé et la commande de la variable de processus (vitesse de charge), en réponse à une perturbation de vitesse ou de charge-côté de référence d'étape, sont présentées. On lui montre que le gain à haute fréquence des contrôleurs est une variable critique de conception pour déterminer la robustesse résultante du système en circuit fermé quand sujet à unmodeled des modes résonnants, le bruit de haute fréquence du dérivé de la sonde quantized signale, et des perturbations de processus, et est fortement influencé par l'endroit et le nombre de filtres actuels dans les diverses boucles de rétroaction et, d'une manière primordiale, le rapport de leurs constantes de temps. Une méthodologie de conception complète est également présentée pour assigner les constantes de temps des divers filtres de boucle, et leur endroit, en utilisant une variable utilisateur-définissable simple, réduisant de ce fait l'approche longue d'épreuve-et-erreur généralement utilisée en utilisant des procédures de accord conventionnelles. La technique utilise des outils de temps et de conception de fréquence-domaine d'adresser les conditions contradictoires de l'exécution de robustesse et de commande (dépasser, largeur de bande, etc.). On lui montre également que, depuis le PID et le RRC des contrôleurs sont étroitement liés, ils peuvent théoriquement donner la dynamique en circuit fermé identique d'entrée-sortie. Cependant, en vertu des différents mécanismes de rétroaction utilisés, RRC est montré pour fournir la robustesse en circuit fermé supérieure. Cet article démontre, et valide pratiquement, les techniques proposées en montrant des perfectionnements significatifs d'exécution d'un disponible immédiatement commercial servo-conduisent la plateforme d'essai.DEWEY : 621 ISSN : 0278-0046 RAMEAU : Ondes sonores En ligne : c.bingham@sheffield.ac.uk
in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°2 (Avril 2007) . - 1080-1091 p.
Titre : Observer-Based Tuning of Two-Inertia Servo-Drive Systems With Integrated SAW Torque Transducers Titre original : L'observateur basé à l'accord de deux systèmes servo d'entraînement d'inertie avec les capteurs intégrés de couple de SCIE Type de document : texte imprimé Auteurs : O'Sullivan, Timothy M, Auteur ; Bingham, Christopher M., Auteur ; Schofield, Nigel, Auteur Article en page(s) : 1080-1091 p. Note générale : Génie Electrique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Filter noise Motion control Motor drives Observers Resonance State feedback Surface acoustic wave (SAW) devices Velocity control Bruit de filtre Commande de mouvement Commandes de moteur Résonance d'observateurs Dispositifs d'onde acoustique de surface de rétroaction d'état Index. décimale : 621.38 Dispositifs électroniques. Tubes à électrons. Photocellules. Accélérateurs de particules. Tubes à rayons X Résumé : This paper proposes controller design and tuning methodologies that facilitate the rejection of periodic load-side disturbances applied to a torsional mechanical system while simultaneously compensating for the observer's inherent phase delay. This facilitates the use of lower-bandwidth practically realizable disturbance observers. The merits of implementing fulland reduced-order observers are investigated, with the latter being implemented with a new low-cost servo-machine-integrated high-bandwidth torque-sensing device based on surface acoustic wave (SAW) technology. Specifically, the authors' previous work based on proportional-integral-derivative (PID) and resonance ratio control (RRC) controllers (IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 53, no. 4, pp. 1226-1237, Aug. 2006) is augmented with observer disturbance feedback. It is shown that higher-bandwidth disturbance observers are required to maximize disturbance attenuation over the low-frequency band (as well as the desired rejection frequency), thereby attenuating a wide range of possible frequencies. In such cases, therefore, it is shown that the RRC controller is the preferred solution since it can employ significantly higher observer bandwidth, when compared to PID counterparts, by virtue of reduced noise sensitivity. Furthermore, it is demonstrated that the prototype servo-machine-integrated 20-Nmiddotm SAW torque transducer is not unduly affected by machine-generated electromagnetic noise and exhibits similar dynamic behavior as a conventional instrument inline torque transducer.
Cet article propose la conception de contrôleur et les méthodologies de accord qui facilitent le rejet des perturbations périodiques de côté de charge appliquées à un système mécanique de torsion tout en simultanément compensant la phase inhérente de l'observateur retardent. Ceci facilite l'utilisation des observateurs pratiquement réalisables inférieurs de perturbation de largeur de bande. Les mérites de mettre en application les observateurs d'ordre réduits par fulland sont étudiés, avec le dernier étant miss en application avec nouvelle un dispositif de sensation élevé intégré de couple de largeur de bande à prix réduit par machine servo basé sur la technologie extérieure d'onde acoustique (SCIE). Spécifiquement, les travaux précédents des auteurs basés sur les contrôleurs intégraux proportionnels du dérivé (PID) et de la commande de rapport de résonance (RRC) (Ind d'IEEE trans. Électron., vol. 53, non 4, pp. 1226-1237, aoû. 2006) est augmenté avec la rétroaction de perturbation d'observateur. On lui montre que de plus hauts observateurs de perturbation de largeur de bande sont requis de maximiser l'atténuation de perturbation au-dessus de la bande de basse fréquence (aussi bien que la fréquence désirée de rejet), atténuant de ce fait un éventail de fréquences possibles. Dans ces cas-ci, donc, on lui montre que le contrôleur de RRC est la solution préférée puisqu'il peut utiliser une largeur de bande sensiblement plus élevée d'observateur, une fois comparé aux contre-parties de PID, en vertu de la sensibilité réduite de bruit. En outre, on le démontre que la machine servo de prototype a intégré 20 que capteur de couple de SCIE de Nmiddotm n'est pas à l'excès affecté par bruit électromagnétique produit par machine et ne montre pas le comportement dynamique semblable comme capteur intégré de couple d'instrument conventionnel.DEWEY : 621 ISSN : 0278-0046 RAMEAU : Inertie (mécanique)-- Rétroaction (électronique) En ligne : c.bingham@sheffield.ac.uk [article] Observer-Based Tuning of Two-Inertia Servo-Drive Systems With Integrated SAW Torque Transducers = L'observateur basé à l'accord de deux systèmes servo d'entraînement d'inertie avec les capteurs intégrés de couple de SCIE [texte imprimé] / O'Sullivan, Timothy M, Auteur ; Bingham, Christopher M., Auteur ; Schofield, Nigel, Auteur . - 1080-1091 p.
Génie Electrique
Langues : Anglais (eng)
in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°2 (Avril 2007) . - 1080-1091 p.
Mots-clés : Filter noise Motion control Motor drives Observers Resonance State feedback Surface acoustic wave (SAW) devices Velocity control Bruit de filtre Commande de mouvement Commandes de moteur Résonance d'observateurs Dispositifs d'onde acoustique de surface de rétroaction d'état Index. décimale : 621.38 Dispositifs électroniques. Tubes à électrons. Photocellules. Accélérateurs de particules. Tubes à rayons X Résumé : This paper proposes controller design and tuning methodologies that facilitate the rejection of periodic load-side disturbances applied to a torsional mechanical system while simultaneously compensating for the observer's inherent phase delay. This facilitates the use of lower-bandwidth practically realizable disturbance observers. The merits of implementing fulland reduced-order observers are investigated, with the latter being implemented with a new low-cost servo-machine-integrated high-bandwidth torque-sensing device based on surface acoustic wave (SAW) technology. Specifically, the authors' previous work based on proportional-integral-derivative (PID) and resonance ratio control (RRC) controllers (IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 53, no. 4, pp. 1226-1237, Aug. 2006) is augmented with observer disturbance feedback. It is shown that higher-bandwidth disturbance observers are required to maximize disturbance attenuation over the low-frequency band (as well as the desired rejection frequency), thereby attenuating a wide range of possible frequencies. In such cases, therefore, it is shown that the RRC controller is the preferred solution since it can employ significantly higher observer bandwidth, when compared to PID counterparts, by virtue of reduced noise sensitivity. Furthermore, it is demonstrated that the prototype servo-machine-integrated 20-Nmiddotm SAW torque transducer is not unduly affected by machine-generated electromagnetic noise and exhibits similar dynamic behavior as a conventional instrument inline torque transducer.
Cet article propose la conception de contrôleur et les méthodologies de accord qui facilitent le rejet des perturbations périodiques de côté de charge appliquées à un système mécanique de torsion tout en simultanément compensant la phase inhérente de l'observateur retardent. Ceci facilite l'utilisation des observateurs pratiquement réalisables inférieurs de perturbation de largeur de bande. Les mérites de mettre en application les observateurs d'ordre réduits par fulland sont étudiés, avec le dernier étant miss en application avec nouvelle un dispositif de sensation élevé intégré de couple de largeur de bande à prix réduit par machine servo basé sur la technologie extérieure d'onde acoustique (SCIE). Spécifiquement, les travaux précédents des auteurs basés sur les contrôleurs intégraux proportionnels du dérivé (PID) et de la commande de rapport de résonance (RRC) (Ind d'IEEE trans. Électron., vol. 53, non 4, pp. 1226-1237, aoû. 2006) est augmenté avec la rétroaction de perturbation d'observateur. On lui montre que de plus hauts observateurs de perturbation de largeur de bande sont requis de maximiser l'atténuation de perturbation au-dessus de la bande de basse fréquence (aussi bien que la fréquence désirée de rejet), atténuant de ce fait un éventail de fréquences possibles. Dans ces cas-ci, donc, on lui montre que le contrôleur de RRC est la solution préférée puisqu'il peut utiliser une largeur de bande sensiblement plus élevée d'observateur, une fois comparé aux contre-parties de PID, en vertu de la sensibilité réduite de bruit. En outre, on le démontre que la machine servo de prototype a intégré 20 que capteur de couple de SCIE de Nmiddotm n'est pas à l'excès affecté par bruit électromagnétique produit par machine et ne montre pas le comportement dynamique semblable comme capteur intégré de couple d'instrument conventionnel.DEWEY : 621 ISSN : 0278-0046 RAMEAU : Inertie (mécanique)-- Rétroaction (électronique) En ligne : c.bingham@sheffield.ac.uk
