Bachelor's Thesis

Sensitivity Analysis of Sensorless Control Methods for PMSM to Changes in Drive Parameters

Final Thesis 10.63 MB Appendix 388.93 kB

Author of thesis: Arsenii Dmitriev

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Pavel Václavek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Abstract:

This thesis concerns about sensorless control of Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Motors, implementation of sensorless control methods and comparison of their sensitivity to changes in motor parameters.

Keywords:

synchronous motor, PMSM, motor control, vector control, sensorless control, MRAS, Kalman filter, back-emf.

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student obhájil diplomovou/bakalářskou práci s výhradami. V rámci obhajoby dokázal přesvědčit komisi o správnosti svých postupů a navrženého řešení. V průběhu odborné rozpravy reagoval na dotazy oponenta a zodpověděl je. Dále byl v diskusi dotázán na nasazení metod bezsnímačového řízení na reálný systém a rozdíly simulovaného a reálného systému, dotazy zodpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

prof. Ing. Roman Prokop, CSc. (předseda)
prof. Ing. Pavel Václavek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Peter Honec, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Václav Jirsík, CSc. (člen)
doc. Ing. Václav Kaczmarczyk, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Pavel Václavek, Ph.D.

Bakalářská práce je zpracována přehledně a logicky. Po úvodním odvození matematického modelu PMSM a návrhu vektorového řízení (kap. 1) a literární rešerši bezsnímačových metod (kap. 2) následují tři kapitoly věnované jednotlivým implementovaným estimátorům (BEMF/PLL, MRAS, EKF). Velmi kladně hodnotím jednotnou strukturu těchto kapitol, která čtenáři výrazně usnadňuje orientaci a vzájemné porovnání metod. Práce je dokončena vlastní modifikací (EKF s online odhadem statorového odporu, EKF_R) a souhrnnou srovnávací kapitolou s kvantitativním vyhodnocením pomocí integrálu kvadratické chyby, včetně praktických doporučení pro volbu metody.
Rozsah vlastního textu odpovídá hornímu okraji doporučeného rozsahu, což je vzhledem k počtu implementovaných a analyzovaných metod přiměřené a text není zbytečně rozvláčný. Interpretace simulačních výsledků jsou věcné a student důsledně propojuje pozorované chování s fyzikální a strukturální podstatou jednotlivých algoritmů, což u bakalářských prací není samozřejmostí.
Drobnou výtku mám ke grafické kvalitě některých obrázků — výřezy ze Simulinku a některé grafy (zejména překryvy průběhů chyb) jsou v tištěné podobě hůře čitelné, popisky os a legendy jsou místy příliš malé.
Práce je vysázena v šabloně LaTeX FEKT, formální úprava je na dobré úrovni — rovnice jsou číslovány a důsledně odkazovány, obrázky a tabulky jsou opatřeny popisky, struktura odpovídá zvyklostem závěrečných prací. Symbolika je v zásadě konzistentní napříč kapitolami.
Jazyková úroveň je vzhledem k tomu, že čeština není mateřským jazykem autora, solidní, text je srozumitelný a odborná terminologie je používána správně. V textu se nicméně místy vyskytují gramatické a stylistické neobratnosti (např. nesprávné tvary typu „pomocí Parkovy transformaci", slovosled „bude nám stačit", překlep „Kálmánův filtr" v klíčových slovech) a drobné nedůslednosti (např. v příloze A.1 je u skriptu graf_chyb_L.m omylem uveden popis pro změnu odporu). Tyto nedostatky však nesnižují odbornou kvalitu práce ani její srozumitelnost.
Student pracoval s literaturou samostatně a a většinou vhodně. Seznam obsahuje 14 položek pokrývajících jak klasické monografie oboru, tak relevantní časopisecké a konferenční publikace IEEE, včetně prací přímo souvisejících s tématem (pozorovatelnost PMSM, PLL kompenzace, MRAS, EKF estimace). Citace jsou v textu umístěny na správných místech, převzaté vztahy a rozdělení metod jsou řádně odlišeny od vlastní práce. Literární rešerše v kapitole 2 je sice stručnější, pro účely práce je však dostačující a výběr tří reprezentativních metod k implementaci je dobře zdůvodněn. Problémem je však fakt, že významná část kapitoly 4.1 je doslovně převzatá z rešeršního materiálu Přehled metod pro bezsenzorové řízení synchronních motorů s permanentními magnety dostupného na stránkách ČVUT.   I když tato praktika není přijatelná, došlo k ní jen v části popisující známá fakta a nemá přímý dopad na navazující části představující vlastní práci studenta.
Realizačním výstupem práce je sada simulačních modelů v prostředí MATLAB/Simulink (model PMSM s vektorovým řízením a čtyři subsystémy estimátorů včetně vyhodnocovacích skriptů), která je dobře dokumentována v příloze a je přímo využitelná pro další výzkumnou i výukovou činnost na ústavu. Hlavním odborným přínosem je systematická a kvantitativní srovnávací citlivostní analýza tří principiálně odlišných metod, která odhalila zásadní asymetrii citlivosti na změnu Rs oproti změně L, a zejména navržená a ověřená modifikace EKF_R s online odhadem statorového odporu. Doložené zlepšení představuje prakticky relevantní výsledek pro nasazení bezsnímačového řízení v aplikacích s tepelným driftem parametrů. Student rovněž korektně identifikoval omezení navrženého řešení a smysluplné směry dalšího rozvoje (simultánní odhad Rs a L, oblast nízkých otáček, ověření na reálném pohonu). Problémem je pak nepříliš dobře provedený návrh regulátorů pohonu, což vede k provádění experimentů v ne zcela realistických podmínkách.
Student pracoval na zadaném tématu průběžně po celý semestr. Pravidelně docházel na konzultace, na které chodil obvykle připraven, aktivně prezentoval dosažené dílčí výsledky a konstruktivně reagoval na připomínky vedoucího. Postupoval systematicky podle bodů zadání, které splnil v plném rozsahu. Bohužel se často dopouštěl zbytečných chyb, které pak vyžadovaly velké dodatečné úsilí k jejich odstranění.
Předložená práce splňuje všechny body zadání. Student prokázal schopnost samostatné technické práce, práci doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 78

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Pan Arsenii Dmitriev vypracoval bakalářskou práci na téma Analýza citlivosti metod bezsnímačového řízení PMSM na změnu parametrů.
Autor si zvolil tři metody bezsnímačového řízení. První algoritmus je založen na pozorování zpětného elektromotorického napětí (BEMF), druhý využívá referenční a adaptivní model systému (MRAS) a třetí metoda je založena na rozšířené Kalmanově filtraci (EKF). Zadání práce lze po teoretické stránce považovat za poměrně náročné.
Přestože se v textu místy objevují drobné jazykové nepřesnosti a ojedinělé chyby, nijak to neovlivňuje odbornou úroveň ani celkovou čtivost práce. S ohledem na skutečnost, že čeština není autorovým rodným jazykem, je jazyková stránka práce na dobré úrovni. Některé části textu vykazují stylistické znaky typické pro LLM. Je zvláštní, že autor precizně popíše chování algoritmu EKF a pak podivně nastaví kovarianční matici Q.
V práci se objevuje několik nepřesných či chybných tvrzení, například: „složka d leží ve směru osy rotoru“, „L_k je rozptylová indukčnost statorového vinutí“ či „theta je úhel natočení magnetů“.
U některých rovnic chybí popis použitých veličin. Orientaci čtenáři navíc neusnadňuje ani absence seznamu symbolů a zkratek.
Metody popsané v kapitole 3.1 Teoretický základ nejsou vhodné pro vektorové řízení, protože předpokládají měření BEMF na nepřipojené fázi. Tyto metody lze použít především u šestistupňové komutace.
Prakticky všechny grafy uvedené v práci jsou nečitelné, a tudíž postrádají dostatečnou vypovídací hodnotu. U obr. 1.6 chybí popis os a současně je nevhodně zvoleno měřítko. Většina výřezů z prostředí Matlab/Simulink je rovněž obtížně čitelná. Při tvorbě modelů student nelogicky používá blok dělení i v případech, kdy dělí konstantou. Použití bloku Gain by přitom výrazně zlepšilo přehlednost schémat.
U všech regulačních průběhů chybí průběhy akčních veličiny, a tudíž není možné ověřit správnost nastavení regulátorů.
Práce s odbornou literaturou by mohla být na vyšší úrovni. Seznam použité literatury zahrnuje pouze 14 položek, přičemž poslední dva zdroje nejsou v samotném textu citovány.
Při kontrole antiplagiátorským softwarem byla označena kapitola 4.1, která je téměř doslovně převzata z rešeršního materiálu [7] Přehled metod pro bezsenzorové řízení synchronních motorů s permanentními magnety.
Vypracovaná bakalářská práce je napsána v logickém sledu a splňuje požadavky zadání. Při jejím vypracování student, dle mého názoru, prokázal bakalářské schopnosti. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení uspokojivě D – 65 bodů. Topics for thesis defence:
  1. V Kapitole 1.4.3 jste navrhl PI regulátor metodou pokus-omyl. Bylo by možné použit pro návrh parametrů metodou frekvenčních charakteristik? S rovnejte nově získané parametry regulátoru.
  2. Jak jste řešil problematiku wind-up efektu v kaskádní struktuře regulace?
  3. U algoritmu EKF jste zvolil hodnoty kovarianční matice Q jako diag [1000, 1000, 10, 0,01]. Na obr. 1.6 je patrné, že motorem protéká proud přibližně 7 A. Jakých hodnot bude nabývat interval proudu pro jedno sigma?
  4. U algoritmu EKF píšete: „dRs/dt=0. Tato rovnice nevyjadřuje, že odpor zůstává v čase konstantní, nýbrž že jeho dynamika je v rámci modelu zastoupena pouze prostřednictvím procesního šumu zachyceného v kovarianční matici Q, jejíž odpovídající složka určuje rychlost adaptace odhadu Rs v reakci na inovační odchylku měření.“ Můžete přesněji definovat „odpovídající složka “ kovarianční matice Q?
Points proposed by reviewer: 65

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová