This paper investigates a Fault-Tolerant Control (FTC) strategy for a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) with an inter-turn short circuit fault. To mitigate the impact of the fault, the stator winding of the faulty phase is assumed to be disconnected. The machine continues to operate with two remaining stator windings, and the Voltage Source Inverter (VSI) functions as a single-phase converter after the fault isolation. An isotropic Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Machine is analyzed under healthy and post-fault conditions. A time-varying post-fault current reference is generated for the $dq$-axis. The electromagnetic torque cannot remain constant under post-fault conditions, as reported in the literature. Therefore, the maximum average torque under post-fault conditions is evaluated. To explore a more effective current regulation method for tracking the proposed reference, the standard Proportional-Integral (PI) control, Proportional-Resonant (PR) control, and Model Predictive Control (MPC) are introduced. In the meantime, this thesis presents the algorithm and advantages of Space Vector Modulation (SVM), as well as a tuning method for the PR controller.

Il presente lavoro analizza una strategia di controllo tollerante ai guasti (FTC) per una macchina sincrona a magneti permanenti (PMSM) con un guasto di cortocircuito intergiro. Per mitigare l'impatto del guasto, si ipotizza che l'avvolgimento di statore della fase guasta sia scollegato. La macchina continua a funzionare con i due avvolgimenti statorici rimanenti e l'inverter a sorgente di tensione (VSI) funziona come un convertitore monofase dopo l'isolamento del guasto. Una macchina sincrona isotropa a magneti permanenti montata in superficie viene analizzata in condizioni di salute e dopo il guasto. Per l'asse $dq$ viene generato un riferimento di corrente post guasto variabile nel tempo. La coppia elettromagnetica non può rimanere costante in condizioni di post-fault, come riportato in letteratura. Pertanto, viene valutata la coppia media massima in condizioni di post-fault. Per esplorare un metodo di regolazione della corrente più efficace per seguire il riferimento proposto, sono stati introdotti il controllo proporzionale-integrale (PI) standard, il controllo proporzionale-risonante (PR) e il controllo predittivo del modello (MPC). Nel frattempo, questa tesi presenta l'algoritmo e i vantaggi della modulazione vettoriale spaziale (SVM), nonché un metodo di regolazione per il controllore PR.

Control strategies for an inter-turn short circuit fault in SPMSM

ZHOU, HUAYU
2024/2025

Abstract

This paper investigates a Fault-Tolerant Control (FTC) strategy for a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) with an inter-turn short circuit fault. To mitigate the impact of the fault, the stator winding of the faulty phase is assumed to be disconnected. The machine continues to operate with two remaining stator windings, and the Voltage Source Inverter (VSI) functions as a single-phase converter after the fault isolation. An isotropic Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Machine is analyzed under healthy and post-fault conditions. A time-varying post-fault current reference is generated for the $dq$-axis. The electromagnetic torque cannot remain constant under post-fault conditions, as reported in the literature. Therefore, the maximum average torque under post-fault conditions is evaluated. To explore a more effective current regulation method for tracking the proposed reference, the standard Proportional-Integral (PI) control, Proportional-Resonant (PR) control, and Model Predictive Control (MPC) are introduced. In the meantime, this thesis presents the algorithm and advantages of Space Vector Modulation (SVM), as well as a tuning method for the PR controller.
DEPONTI, MATTEO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
22-lug-2025
2024/2025
Il presente lavoro analizza una strategia di controllo tollerante ai guasti (FTC) per una macchina sincrona a magneti permanenti (PMSM) con un guasto di cortocircuito intergiro. Per mitigare l'impatto del guasto, si ipotizza che l'avvolgimento di statore della fase guasta sia scollegato. La macchina continua a funzionare con i due avvolgimenti statorici rimanenti e l'inverter a sorgente di tensione (VSI) funziona come un convertitore monofase dopo l'isolamento del guasto. Una macchina sincrona isotropa a magneti permanenti montata in superficie viene analizzata in condizioni di salute e dopo il guasto. Per l'asse $dq$ viene generato un riferimento di corrente post guasto variabile nel tempo. La coppia elettromagnetica non può rimanere costante in condizioni di post-fault, come riportato in letteratura. Pertanto, viene valutata la coppia media massima in condizioni di post-fault. Per esplorare un metodo di regolazione della corrente più efficace per seguire il riferimento proposto, sono stati introdotti il controllo proporzionale-integrale (PI) standard, il controllo proporzionale-risonante (PR) e il controllo predittivo del modello (MPC). Nel frattempo, questa tesi presenta l'algoritmo e i vantaggi della modulazione vettoriale spaziale (SVM), nonché un metodo di regolazione per il controllore PR.
File allegati
File Dimensione Formato  
HuayuZhou_Thesis.pdf

accessibile in internet per tutti

Descrizione: Thesis
Dimensione 4.8 MB
Formato Adobe PDF
4.8 MB Adobe PDF Visualizza/Apri
HuayuZhou_ExecutiveSummary.pdf

accessibile in internet per tutti

Descrizione: Executive summary
Dimensione 3.15 MB
Formato Adobe PDF
3.15 MB Adobe PDF Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/240556