Robust PI-MVT- H∞ controller Based on MVT approach applied to the PMSM drive

Abstract

Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs) are widely used in automotive and industrial applications due to their high efficiency, compactness, and excellent dynamic performance. However, their nonlinear dynamics, parameter uncertainties, and sensitivity to external disturbances make their control particularly challenging. This thesis addresses these challenges by investigating a hybrid control approach that combines Proportional–Integral (PI) regulation, the Mean Value Theorem (MVT) framework, and H∞ robust control. In Chapter 1, the mathematical model of the PMSM is established and its performance is analysed under vector control with and without inverter. In Chapter 2, the MVT method is applied to the PMSM, transforming the nonlinear system into a Linear Parameter Varying (LPV) model, and simulation results confirm the effectiveness of this approach. In Chapter 3, the design of the PI–MVT–H∞ controller is presented. This hybrid strategy integrates the simplicity of PI control, the nonlinear system handling capabilities of MVT, and the robustness of H∞ optimization. Although no experimental validation has been performed, the work provides a solid theoretical basis for the development of robust PMSM controllers. The proposed methodology represents a promising direction for future applications such as electric vehicle drives, robotics, and precision industrial systems. تُستخدم المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSMs) على نطاق واسع في تطبيقات السيارات والصناعة نظرًا لكفاءتها العالية، وصغر حجمها، وأدائها الديناميكي الممتاز. مع ذلك، فإن ديناميكياتها غير الخطية، وعدم اليقين في معاييرها، وحساسيتها للاضطرابات الخارجية، تجعل التحكم بها أمرًا بالغ الصعوبة.

تتناول هذه الأطروحة هذه التحديات من خلال دراسة منهج تحكم هجين يجمع بين تنظيم التناسب والتكامل (PI)، وإطار نظرية القيمة المتوسطة (MVT)، والتحكم القوي H∞. في الفصل الأول، تم وضع النموذج الرياضي للمحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم، وتحليل أدائه في ظل التحكم الاتجاهي مع وبدون عاكس. في الفصل الثاني، طُبقت طريقة نظرية القيمة المتوسطة على المحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم، مما حوّل النظام غير الخطي إلى نموذج ذي معلمات خطية متغيرة (LPV)، وأكدت نتائج المحاكاة فعالية هذا المنهج. في الفصل الثالث، عُرض تصميم وحدة التحكم PI–MVT–H∞. تجمع هذه الاستراتيجية الهجينة بين بساطة التحكم التناسبي التكاملي (PI)، وقدرات معالجة الأنظمة غير الخطية لتقنية MVT، ومتانة تحسين H∞.

على الرغم من عدم إجراء أي تحقق تجريبي، إلا أن هذا العمل يوفر أساسًا نظريًا متينًا لتطوير وحدات تحكم قوية لمحركات PMSM. تمثل المنهجية المقترحة اتجاهًا واعدًا للتطبيقات المستقبلية، مثل محركات المركبات الكهربائية، والروبوتات، والأنظمة الصناعية الدقيقة.