Publicado

2019-01-01

Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag

La estimación continúa de la velocidad y torque de un motor de inducción usando el filtro de Kalman sin perfume bajo huecos de tensión

DOI:

https://doi.org/10.15446/dyna.v86n208.65567

Palabras clave:

Unscented Kalman filter, Extended Kalman filter, Sensorless control, Induction motor, Induction motor parameter estimation (en)

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Autores/as

Due to sensor limitations in some applications, induction motors state estimators are widely used in industries. One of the most powerful tools available for estimation is the Kalman filter. In this paper, unscented Kalman filter (UKF) and extended Kalman filter (EKF) is used to estimate the speed and torque of an induction motor. In the UKF algorithm, three types of unscented transformation (UT): basic, general and spherical types are presented and compared. It will be shown that the spherical UKF presents good estimation performance. Speed and torque Estimation approach is applied at both steady state conditions and at the time of sudden and rapid change in the motor input voltage. It will be shown that, EKF cannot trace the motor speed at the time of a large disturbance. Finally, experimental validation is presented to show the effectiveness of UKF for continuous estimation of torque and speed of induction motors.

Como se veía las limitaciones en los sensores en algunas aplicaciones, los motores asíncronos estimadores de estado ya son ampliamente utilizados en las industrias. Una de las herramientas disponibles y más potentes es el filtro de Kalman. En el presente artículo el Filtro de Kalman Unscented (UKF en siglas en inglés) y el Filtro de Kalman Extendido(EKF) se usan para estimación de la velocidad y el par motor o torque de un motor de inducción. En el algoritmo de UKF, hay 3 tipos de la transformación “unscented” que son presentados y comparados: Basica, general y esférica. Se muestra en ese artículo que el UKF esférico presentará una buena estimación. En materia de la estimación de la velocidad y el par motor, que son aplicados tanto en condiciones que están en estado estacionario como en los cambios repentinos y rápidos en el voltaje de entrada del motor. Y además va a mostrar que el EKF no es capaz de rastrear la velocidad del motor en el momento cuando hay una larga perturbación. Por último, la validación experimental es presentada para mostrar la eficacia del UKF de forma continua en la estimación del par motor y la velocidad de los motores asíncronos.

Referencias

Kiran, S. and Madhusudan, S., Design of Kalman filter for induction motor drive, Students Conference on Engineering and Systems (SCES), 2013 India. DOI: 10.1109/SCES.2013.6547575

Khanesar, M.A., Kayacan, E., Teshnehlab, M. and Kaynak O., Extended Kalman filter based learning algorithm for Type-2 fuzzy logic systems and Its experimental evaluation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 59(11), pp. 4443-4455, 2012. DOI: 10.1109/TIE.2011.2151822.

Luo, Z. and Fang, H., Modified state prediction algorithm based on UKF. Journal of Systems Engineering and Electronics, 24(1), pp. 135-140, 2013. DOI: 10.1109/JSEE.2013.00017

Julier, S.J. and Uhlmann, J.K., Unscented filtering and nonlinear estimation. Proceedings of the IEEE, 92(3), pp. 401-422, 2004. DOI: 10.1109/JPROC.2003.823141

Lalami, A., Wamkeue, R., Kamwa, I. Saad, M. and Beaudoin, J.J., Unscented Kalman filter for non-linear estimation of induction machine parameters. IET Electric Power Applications, 6(9), pp. 611-620, 2012. DOI: 10.1049/iet-epa.2012.0026

Wang, S., Gao,W. and Meliopoulos, A.P.S. An alternative method for power system dynamic state estimation based on unscented transform. IEEE Transactions on Power Systems, 27(2), pp. 942-950, 2012. DOI: 10.1109/TPWRS.2011.2175255

Simon, S. Haykin. Kalman filtering and neural networks. Wiley Publishing, 2002.

Alonge, F., D'Ippolito, F. and Sferlazza, A., Sensorless control of induction-motor drive based on robust Kalman filter and adaptive speed estimation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 61(3), pp. 1444-1453, 2014. DOI: 10.1109/TIE.2013.2257142

Ghahremani, E. and Kamwa, I., Online state estimation of a synchronous generator using unscented Kalman filter from phasor measurements units. IEEE Transactions on Energy Conversion, 26(4), pp. 1099-1108, 2011. DOI: 10.1109/TEC.2011.2168225

Chang, L., Hu, B., Li, A. and Qin, F., Unscented type Kalman filter: limitation and combination. IET Signal Processing, 7(3), pp. 167-176, 2013. DOI: 10.1049/iet-spr.2012.0330

Valverde, G. and Terzija, V., Unscented Kalman filter for power system dynamic state estimation, IET Generation, Transmission & Distribution, 5(1), pp. 29-37, 2011. DOI: 10.1049/iet-gtd.2010.0210

Ariff, M.A.M., Pal, B.C. and Singh, A.K., Estimating dynamic model parameters for adaptive protection and control in power system. IEEE Transactions on Power Systems, 30(2), pp. 829-839, 2015. DOI: 10.1109/TPWRS.2014.2331317

Julier, S.J., The scaled unscented transformation. in Proceedings of the 2002 American Control Conference (IEEE Cat. No.CH37301), 2002. pp.4555-4559. DOI: 10.1109/ACC.2002.1025369

Jafarzadeh, S., Lascu, C. and Fadali, M.S., State estimation of induction motor drives using the unscented kalman filter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 59(11), pp. 4207-4216, 2012. DOI: 10.1109/TIE.2011.2174533

Simon, D, Optimal state estimation: Kalman, H∞, and nonlinear. New York, Wiley, 2006.

Lozano, J.G.C., Carrillo, L.R.G., Dzul, A. and Lozano, R., Spherical simplex sigma-point Kalman filters: a comparison in the inertial navigation of a terrestrial vehicle. in Control Conference, American , 2008. DOI: 10.1109/ACC.2008.4587041

Dugan, R.C., McGranaghan, M.F., Santoso, S. and Beaty, H.W., Electrical Power Systems Quality ,2nd ed., New York, McGraw-Hill, 2004.

Barut, M., Bogosyan, S. and Gokasan, M., Experimental evaluation of braided EKF for sensorless control of induction motors. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(2), pp. 620-632, 2008. DOI: 10.1109/TIE.2007.911956

Amalkar, P.A.O. and Khanchandani, K.B., Design and implementation of sensorless speed control for induction motor drive using an optimized extended kalman filter. IJECET, 6(3), pp. 33-43, 2015.

Barut, S.B.a.M.G.-s.e.M., Speed-sensorless estimation for induction motors using extended Kalman filters. IEEE Trans. Ind.Electron, 54(1), pp. 272-280, 2007. DOI: 10.1109/ACEMP.2011.6490621

Cómo citar

IEEE

[1]
A. Darvishi y A. Doroudi, «Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag», DYNA, vol. 86, n.º 208, pp. 37–45, ene. 2019.

ACM

[1]
Darvishi, A. y Doroudi, A. 2019. Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag. DYNA. 86, 208 (ene. 2019), 37–45. DOI:https://doi.org/10.15446/dyna.v86n208.65567.

ACS

(1)
Darvishi, A.; Doroudi, A. Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag. DYNA 2019, 86, 37-45.

APA

Darvishi, A. & Doroudi, A. (2019). Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag. DYNA, 86(208), 37–45. https://doi.org/10.15446/dyna.v86n208.65567

ABNT

DARVISHI, A.; DOROUDI, A. Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag. DYNA, [S. l.], v. 86, n. 208, p. 37–45, 2019. DOI: 10.15446/dyna.v86n208.65567. Disponível em: https://revistas.unal.edu.co/index.php/dyna/article/view/65567. Acesso em: 24 mar. 2026.

Chicago

Darvishi, Amin, y Aref Doroudi. 2019. «Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag». DYNA 86 (208):37-45. https://doi.org/10.15446/dyna.v86n208.65567.

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Darvishi, A. y Doroudi, A. (2019) «Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag», DYNA, 86(208), pp. 37–45. doi: 10.15446/dyna.v86n208.65567.

MLA

Darvishi, A., y A. Doroudi. «Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag». DYNA, vol. 86, n.º 208, enero de 2019, pp. 37-45, doi:10.15446/dyna.v86n208.65567.

Turabian

Darvishi, Amin, y Aref Doroudi. «Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag». DYNA 86, no. 208 (enero 1, 2019): 37–45. Accedido marzo 24, 2026. https://revistas.unal.edu.co/index.php/dyna/article/view/65567.

Vancouver

1.
Darvishi A, Doroudi A. Continuous Estimation of Speed and Torque of Induction Motors Using the Unscented Kalman Filter under Voltage Sag. DYNA [Internet]. 1 de enero de 2019 [citado 24 de marzo de 2026];86(208):37-45. Disponible en: https://revistas.unal.edu.co/index.php/dyna/article/view/65567

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1. Peng Yu, Shunli Wang, Chunmei Yu, Cong Jiang, Weihao Shi. (2022). An adaptive fractional‐order extended Kalman filtering for state of charge estimation of high‐capacity lithium‐ion battery. International Journal of Energy Research, 46(4), p.4869. https://doi.org/10.1002/er.7480.

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