Study of Sensorless Control for Five-phase permanent magnet synchronous Motors under Load Variations

Abstract

This study investigates the behavior of a Five-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor (5P-PMSM) under Load Variations, it applies a sensorless control approach that combines backstepping control with a Model Reference Adaptive System (MRAS) observer. Using measurable electrical quantities, including stator currents and voltages, the proposed method accurately estimates both rotor position and speed. The design of the backstepping controller follows a structured procedure to achieve global or semi-global stability, making it suitable for applications that demand reliable operation under changing conditions. Lyapunov theory is used to analyze and verify the stability of the combined observer and controller. The main objective of the research is to maintain motor performance and stable operation in the presence of load variation.the Simulations conducted in MATLAB/Simulink compare normal motor performance with changed load mode to evaluate the effectiveness of the control strategy. The findings show that the backstepping controller, supported by the MRAS observer, enhances the control reliability. The simulation results confirm that the proposed approach sustains motor operation with minimal decline in performance, offering a dependable solution for industrial systems requiring resilience to faults تتناول هذه الدراسة سلوك محرك متزامن ذي مغناطيس دائم خماسي الأطوار (5P-PMSM) في ظل تغيرات الحمل، حيث تطبق نهج تحكم لا يعتمد على المستشعرات (sensorless control) يجمع بين تقنية التحكم بالخطوات الخلفية (backstepping control) ومراقب يعتمد على نظام التكيف المرجعي للنموذج (MRAS). ومن خلال استخدام الكميات الكهربائية القابلة للقياس - بما في ذلك تيارات وفولتية العضو الثابت - تقوم الطريقة المقترحة بتقدير كل من موضع الدوار وسرعته بدقة. ويتبع تصميم وحدة التحكم بالخطوات الخلفية إجراءً منظماً لتحقيق الاستقرار الشامل أو شبه الشامل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تشغيلاً موثوقاً في ظل ظروف متغيرة. كما تُستخدم نظرية "ليابونوف" لتحليل والتحقق من استقرار النظام المدمج الذي يجمع بين المراقب ووحدة التحكم. ويتمثل الهدف الرئيسي للبحث في الحفاظ على أداء المحرك واستقرار تشغيله عند حدوث تغيرات في الحمل؛ حيث تقارن عمليات المحاكاة - التي أُجريت باستخدام برنامج MATLAB/Simulink - بين أداء المحرك في الظروف العادية وحالته عند تغير الحمل، وذلك لتقييم فعالية استراتيجية التحكم. وتُظهر النتائج أن وحدة التحكم بالخطوات الخلفية، المدعومة بمراقب MRAS، تعزز موثوقية التحكم. كما تؤكد نتائج المحاكاة أن النهج المقترح يحافظ على تشغيل المحرك مع حد أدنى من التراجع في الأداء، مما يوفر حلاً موثوقاً للأنظمة الصناعية التي تتطلب مرونة وقدرة على التعامل مع الأعطال.