Sensorless control and temperature estimation of a PM motor for e-bike

The aim of this thesis is to present both a sensorless and a torque derating algorithm in the overload region. In the first chapter theoretical backgrounds and the Field Oriented Control (FOC) are presented. In the second chapter a sensorless control, based on the back-emf estimation with a Second Order Generalized Integral Flux Observer (SOIFO), has been designed. The SOIFO is an adaptive filter which can eliminate the DC offset and strongly attenuate the harmonics of the estimated rotor flux. In the third chapter, in order to better exploit the motor in the overload region, a thermal torque derating algorithm has been developed. The algorithm is a closed loop control, where the maximum current allowed is decreased as the temperature reaches the maximum allowed value. The algorithms have been simulated in Matlab/Simulink and then validated with the use of the DSpace MicroLabBox platform on a SPM motor for e-bike.

Lo scopo di questa tesi è quello di presentare un algoritmo sensorless e un algoritmo per il derating della coppia nella regione di sovraccarico. Nel primo capitolo vengono introdotte delle nozioni teoriche e il Field Oriented Control (FOC). Nel secondo capitolo è presentato l'algoritmo sensorless, basato sulla stima della forza contro-elettromotrice con l'aggiuta di un filtro chiamato Secondo Order Generalized Integral Flux Observer (SOIFO), per la stima della posizione e velocità del rotore rispetto allo statore. Il filtro SOIFO è un filtro adattivo in grado di eleminare la componente DC e ha ottime capacità di attenuazione delle armoniche nel flusso magnetico rotorico stimato. Nel terzo capitolo, al fine di ottimizzare il controllo del motore nella regione di sovraccarico, è stato sviluppato un algoritmo di derating della coppia. L'idea alla base del funzionamento dell'algoritmo è uno schema di controllo in catena chiusa, dove la corrente è diminuita all'aumentare della temperatura. Gli algoritmi sono stati progettati e simulati nell'ambiente Matlab/Simulink e infine verificati tramite la piattaforma DSpace MicroLabBox su un motore SPM per ebike.