Interleaved Landsman converter with class topper optimized pi control in sensorless BLDC motor drive for electric vehicle

Abstract

The main objectives of the study are todevelop a brushless direct current (BLDC) motor drive system with enhanced efficiency, reliability, and cost-effectiveness for electric vehicle (EV) applications. The proposed system integrates an advanced interleaved Landsman converter and an optimized Proportional-Integral (PI) controller for efficient energy management and motor control. In order to achieve the set goals, the following tasks were accomplished: The scientific novelty of this work lies in the design of a novel interleaved Landsman converter along with Class Topper Optimization (CTO) algorithm. The converter is designed to optimize power conversion from photovoltaic (PV) sources to the energy required for the BLDC motor; the algorithm is implemented to hyper-tune the PI controller for precise and rapid response; a bidirectional converter was employed to manage the charging and discharging of the battery system, ensuring adequate power distribution during peak demands; and a single-phase voltage source inverter (VSI) was utilized for DC-AC conversion to drive the BLDC motor. The system was tested in MATLAB/Simulink to evaluate its performance. The most important results are the achievement of high voltage conversion efficiency of 97.42%, a minimized settling time of 0.1 seconds, and rapid convergence speed, which collectively demonstrate the system's ability to provide reliable and efficient operation for EV propulsion. The significance of obtained results is the potential to revolutionize EV motor drive systems by offering an innovative, highly efficient, and scalable solution. This system not only enhances energy utilization and motor performance but also supports the widespread adoption of sustainable EV technology.

Obiectivele principale ale studiului sunt dezvoltarea unui sistem de acționare cu motor fără perii de curent continuu (BLDC) cu eficiență, fiabilitate și rentabilitate îmbunătățite pentru aplicațiile vehiculelor electrice (EV). Sistemul propus integrează un convertor Landsman intercalat avansat și un controler Proporțional-Integral (PI) optimizat pentru gestionarea eficientă a energiei și controlul motorului. Pentru a atinge obiectivele stabilite, au fost îndeplinite următoarele sarcini: Noutatea științifică a acestei lucrări constă în proiectarea unui nou convertor Landsman intercalat împreună cu algoritmul Class Topper Optimization (CTO). Convertorul este proiectat pentru a optimiza conversia puterii de la sursele fotovoltaice (PV) la energia necesară pentru motorul BLDC; algoritmul este implementat pentru a regla hipercontrolerul PI pentru un răspuns precis și rapid; a fost folosit un convertor bidirecțional pentru a gestiona încărcarea și descărcarea sistemului de baterii, asigurând o distribuție adecvată a energiei în timpul solicitărilor de vârf; și un invertor de sursă de tensiune monofazat (VSI) a fost utilizat pentru conversia DC-AC pentru a conduce motorul BLDC. Sistemul a fost testat în MATLAB/Simulink pentru a-și evalua performanța. Cele mai importante rezultate sunt obținerea unei eficiențe de conversie de înaltă tensiune de 97,42%, un timp de așezare minim de 0,1 secunde și viteza de convergență rapidă, care demonstrează în mod colectiv capacitatea sistemului de a oferi o funcționare fiabilă și eficientă pentru propulsia EV. Semnificația rezultatelor obținute este potențialul de a revoluționa sistemele de acționare a motoarelor EV, oferind o soluție inovatoare, extrem de eficientă și scalabilă. Acest sistem nu numai că îmbunătățește utilizarea energiei și performanța motorului, dar susține și adoptarea pe scară largă a tehnologiei EV sustenabile.

Основными целями исследования являются разработка системы привода бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC) с повышенной эффективностью, надежностью и экономической эффективностью для применения в электромобилях (EV). Предлагаемая система объединяет усовершенствованный преобразователь Landsman с чередованием и оптимизированный пропорционально-интегральный (ПИ) контроллер для эффективного управления энергией и управления двигателем. Для достижения поставленных целей были выполнены следующие задачи: Научная новизна этой работы заключается в разработке нового преобразователя Landsman с чередованием вместе с алгоритмом оптимизации класса Topper (CTO). Преобразователь предназначен для оптимизации преобразования энергии от фотоэлектрических (PV) источников в энергию, необходимую для двигателя BLDC; алгоритм реализован для гипернастройки ПИ-контроллера для точного и быстрого реагирования; двунаправленный преобразователь использовался для управления зарядкой и разрядкой системы аккумуляторных батарей, обеспечивая адекватное распределение мощности во время пиковых нагрузок; а однофазный инвертор напряжения (VSI) использовался для преобразования постоянного тока в переменный для управления двигателем BLDC. Система была протестирована в MATLAB/Simulink для оценки ее производительности. Наиболее важными результатами являются достижение высокой эффективности преобразования напряжения 97,42%, минимизированное время установления 0,1 секунды и высокая скорость сходимости, которые в совокупности демонстрируют способность системы обеспечивать надежную и эффективную работу для движения электромобилей. Значимость полученных результатов заключается в потенциале революционизировать системы привода электромобилей, предлагая инновационное, высокоэффективное и масштабируемое решение. Эта система не только повышает использование энергии и производительность двигателя, но и поддерживает широкое внедрение устойчивой технологии электромобилей