Direct space vector modulation for matrix converter fed dual star induction machine and neuro-fuzzy speed controller

This paper presents the modeling, design, and simulation of an adaptive neuro fuzzy inference strategy (ANFIS) for controlling the speed of the Double Star induction Machine (DSIM), the machine is fed by three phase direct matrix converter which makes directly AC-AC power conversion is modeled using Direct Space Vector Modulation technique(DSVM)  for direct matrix converter. Double star Induction motor is characterized by highly non-linear, complex and time-varying dynamics and inaccessibility of some of the states and outputs for measurements. Hence it can be considered as a challenging engineering problem in the industrial sector. Various advanced control techniques has been devised by various researchers across the world. Some of them are based on the neuro-fuzzy techniques. The main advantage of designing the ANFIS coordination scheme is to control the speed of the DSIM to increase the dynamic performance, to provide good stabilization. To show the effectiveness of our scheme, the proposed method was simulated on an electrical system composed of a 4.5 kW six-phase induction machine and its power inverter. Digital simulation results demonstrate that the deigned ANFIS speed controller realize a good dynamic of the DSIM, a perfect speed tracking with no overshoot, give better performance and high robustness

Min-Max Predictive Control of a Five-Phase Induction Machine

In this paper, a fuzzy-logic based operator is used instead of a traditional cost function for the predictive stator current control of a five-phase induction machine (IM). The min-max operator is explored for the first time as an alternative to the traditional loss function. With this proposal, the selection of voltage vectors does not need weighting factors that are normally used within the loss function and require a cumbersome procedure to tune. In order to cope with conflicting criteria, the proposal uses a decision function that compares predicted errors in the torque producing subspace and in the x-y subspace. Simulations and experimental results are provided, showing how the proposal compares with the traditional method of fixed tuning for predictive stator current control.Ministerio de Economía y Competitividad DPI 2016-76493-C3-1-R y 2014/425Unión Europea DPI 2016-76493-C3-1-R y 2014/425Universidad de Sevilla DPI 2016-76493-C3-1-R y 2014/42

Performance enhancement of direct torque control induction motor drive using space vector modulation strategy

Purpose. The main objective of this work is to demonstrate the advantages brought by the use of space vector modulation technique in the direct torque control of the induction motor. To achieve this purpose, two different direct torque control approaches (with space vector modulation) are proposed and studied from a comparative aspect with each other and with the conventional direct torque control. The novelty of this work consists in the employment of an Integral-Proportional (IP) speed controller in the two proposed direct torque control approaches and a more in-depth evaluation for their performance mainly the switching frequency of inverter semiconductor components and motor torque ripples. Methods. Two different direct torque control approaches that use the space vector modulation strategy and/or fuzzy-logic control, are described in detail and simulated with IP speed controller. The simulation experiments are carried out using Matlab/Simulink software and/or fuzzy-logic tools. Results. Practical value. Comparison results show that the two proposed direct torque control structures (with space vector modulation) exhibit a large reduction in torque ripples and can also avoid random variation problem of switching frequency (over a wide range of speed or torque control). On the other hand, the use of IP speed regulator ensured good dynamic performance for the drive system as well as considerably minimized peak overshoot in the speed response. Practically all of these benefits are achieved while retaining the simplicity and the best dynamic characteristics of the classical direct torque control, especially with the modified direct torque control approach in which the design or implementation requires minimal computational effort.Мета. Основна мета даної роботи – продемонструвати переваги використання методу модуляції просторового вектора при прямому регулюванні крутного моменту асинхронного двигуна. Для досягнення цієї мети запропоновано два різних підходи до прямого управління крутним моментом (з модуляцією просторового вектора), які досліджуються з порівняльної точки зору  одного з іншим, а також зі звичайним прямим керуванням крутним моментом. Новизна роботи полягає у використанні інтегрально-пропорційного (IП) регулятора швидкості в двох запропонованих підходах до прямого регулювання крутного моменту та більш поглибленій оцінці їх ефективності, головним чином, частоти перемикань напівпровідникових компонентів інвертора та пульсації крутного моменту двигуна. Методи. Два різних підходи до прямого керування крутним моментом, які використовують стратегію модуляції просторового вектора та/або керування нечіткою логікою, детально описані та змодельовані за допомогою ІП-регулятора швидкості. Обчислювальні експерименти проводяться з використанням програмного забезпечення Matlab/Simulink та/або інструментів нечіткої логіки. Результати. Практична цінність. Результати порівняння показують, що дві запропоновані структури прямого керування крутним моментом (з модуляцією просторового вектора) демонструють значне зниження пульсації крутного моменту, а також можуть уникнути проблеми випадкових змін частоти перемикання (у широкому діапазоні регулювання швидкості або крутного моменту). З іншого боку, використання ІП-регулятора швидкості забезпечило хороші динамічні характеристики для приводної системи, а також значно знизило пікове перевищення швидкості. Практично всі ці переваги досягаються при збереженні простоти та найкращих динамічних характеристик класичного прямого керування крутним моментом, особливо з модифікованим підходом прямого керування крутним моментом, при якому проектування або впровадження вимагає мінімальних обчислювальних витрат

Induction Motors

AC motors play a major role in modern industrial applications. Squirrel-cage induction motors (SCIMs) are probably the most frequently used when compared to other AC motors because of their low cost, ruggedness, and low maintenance. The material presented in this book is organized into four sections, covering the applications and structural properties of induction motors (IMs), fault detection and diagnostics, control strategies, and the more recently developed topology based on the multiphase (more than three phases) induction motors. This material should be of specific interest to engineers and researchers who are engaged in the modeling, design, and implementation of control algorithms applied to induction motors and, more generally, to readers broadly interested in nonlinear control, health condition monitoring, and fault diagnosis

Total harmonic distortion analysis of inverter fed induction motor drive using neuro fuzzy type-1 and neuro fuzzy type-2 controllers

Introduction. When the working point of the indirect vector control is constant, the conventional speed and current controllers operate effectively. The operating point, however, is always shifting. In a closed-system situation, the inverter measured reference voltages show higher harmonics. As a result, the provided pulse is uneven and contains more harmonics, which enables the inverter to create an output voltage that is higher. Aim. A space vector modulation (SVM) technique is presented in this paper for type-2 neuro fuzzy systems. The inverter’s performance is compared to that of a neuro fuzzy type-1 system, a neuro fuzzy type-2 system, and classical SVM using MATLAB simulation and experimental validation. Methodology. It trains the input-output data pattern using a hybrid-learning algorithm that combines back-propagation and least squares techniques. Input and output data for the proposed technique include information on the rotation angle and change of rotation angle as input and output of produced duty ratios. A neuro fuzzy-controlled induction motor drive’s dynamic and steady-state performance is compared to that of the conventional SVM when using neuro fuzzy type-2 SVM the induction motor, performance metrics for current, torque, and speed are compared to those of neuro fuzzy type-1 and conventional SVM. Practical value. The performance of an induction motor created by simulation results are examined using the experimental validation of a dSPACE DS-1104. For various switching frequencies, the total harmonic distortion of line-line voltage using neuro fuzzy type-2, neuro fuzzy type-1, and conventional based SVMs are provided. The 3 hp induction motor in the lab is taken into consideration in the experimental validations.Вступ. Коли робоча точка непрямого векторного управління стала, традиційні регулятори швидкості та струму працюють ефективно. Проте робоча точка постійно змінюється. У ситуації закритої системи виміряна інвертором опорна напруга показує вищі гармоніки. В результаті імпульс, що подається, нерівномірний і містить більше гармонік, що дозволяє інвертору створювати більш високу вихідну напругу. Мета. У цій статті представлена методика просторової векторної модуляції (SVM) для нейронечітких систем типу 2. Продуктивність інвертора порівнюється з продуктивністю нейронечіткої системи типу 1, нейронечіткої системи типу 2 та класичної SVM з використанням моделювання MATLAB та експериментальної перевірки. Методологія. Навчається шаблон даних введення-виводу, використовуючи алгоритм гібридного навчання, який поєднує у собі методи зворотного поширення помилки та методу найменших квадратів. Вхідні та вихідні дані для запропонованої методики включають інформацію про кут повороту і зміну кута повороту як отримані вхідні і вихідні коефіцієнти заповнення. Динамічні характеристики приводу асинхронного двигуна з нейронечітким управлінням порівнюються з характеристиками звичайного SVM. При використанні нейронечіткого SVM типу 2 асинхронний двигун, показники продуктивності по струму обертаючого моменту і швидкості порівнюються з показниками приводу асинхронного двигуна з нейронечітким управлінням типу 1 та традиційного SVM. Практична цінність. Продуктивність асинхронного двигуна, створеного за результатами моделювання, досліджується з використанням експериментальної перевірки dSPACE DS-1104. Для різних частот перемикання розраховуються загальні гармонічні спотворення лінійної напруги з використанням нейронечіткого управління  типу 2, нейронечіткого управління типу 1 і традиційного SVM. Асинхронний двигун потужністю 3 л.с. у лабораторії враховується під час експериментальних перевірок

Indirect active and reactive powers control of doubly fed induction generator fed by three-level adaptive-network-based fuzzy inference system – pulse width modulation converter with a robust method based on super twisting algorithms

Aim. This paper presents the minimization of reactive and active power ripples of doubly fed induction generators using super twisting algorithms and pulse width modulation based on neuro-fuzzy algorithms. Method. The main role of the indirect active and reactive power control is to regulate and control the reactive and active powers of doubly fed induction generators for variable speed dual-rotor wind power systems. The indirect field-oriented control is a classical control scheme and simple structure. Pulse width modulation based on an adaptive-network-based fuzzy inference system is a new modulation technique; characterized by a simple algorithm, which gives a good harmonic distortion compared to other techniques. Novelty. adaptive-network-based fuzzy inference system-pulse width modulation is proposed. Proposed modulation technique construction is based on traditional pulse width modulation and adaptive-network-based fuzzy inference system to obtain a robust modulation technique and reduces the harmonic distortion of stator current. We use in our study a 1.5 MW doubly-fed induction generator integrated into a dual-rotor wind power system to reduce the torque, current, active power, and reactive power ripples. Results. As shown in the results figures using adaptive-network-based fuzzy inference system-pulse width modulation technique ameliorate effectiveness especially reduces the reactive power, torque, stator current, active power ripples, and minimizes harmonic distortion of current (0.08 %) compared to classical control.Мета У статті представлено мінімізацію пульсацій реактивної та активної потужності асинхронних генераторів подвійного живлення з використанням алгоритмів суперскрутки та широтно-імпульсної модуляції на основі нейро-нечітких алгоритмів. Метод. Основна роль непрямого управління активною та реактивною потужністю полягає у керуванні та регулюванні реактивної та активної потужностей асинхронних генераторів з подвійним живленням для вітроенергетичних систем з подвійним ротором змінної швидкості. Непряме керування, орієнтоване на поле, - це класична схема керування та проста структура. Широтно-імпульсна модуляція, заснована на системі нечітких висновків на основі адаптивної мережі, є новим методом модуляції; характеризується простим алгоритмом, який дає гарні гармонічні спотворення порівняно з іншими методами. Новизна. Пропонується адаптивна мережа на основі нечіткого висновку із широтно-імпульсною модуляцією. Запропонована побудова методу модуляції базується на традиційній широтно-імпульсній модуляції та системі нечітких висновків на основі адаптивних мереж для отримання надійного методу модуляції та зменшення гармонічних спотворень струму статора. У нашому дослідженні ми використовуємо асинхронний генератор з подвійним живленням потужністю 1,5 МВт, інтегрований у вітроенергетичну систему з подвійним ротором, щоб зменшити пульсації крутного моменту, струму, активної потужності та реактивної потужності. Результати. Як показано на рисунках з результатами, використання методу широтно-імпульсної модуляції на основі нечітких висновків системи адаптивних мереж покращує ефективність, особливо зменшує реактивну потужність, крутний момент, струм статора, пульсації активної потужності, та мінімізує гармонійне спотворення струму (0,08 %) порівняно з класичним керуванням

BEZPOŚREDNIE STEROWANIE MOMENTEM WIELOFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO Z ROZMYTYM REGULATOREM PRĘDKOŚCI

The paper presents the Direct Torque Control with Space Vector Modulation (DTC-SVM) of seven-phase induction motor with Fuzzy Logic Speed Controller. The mathematical model of the seven-phase squirrel-cage induction motor and chosen methods of Space Vector Modulation have been presented. Simulation studies of the DTC-SVM with Fuzzy Logic speed controller have been carried out and the results of simulation studies have been presented and discussed. The author original contribution includes analysis and studies of considered control method of seven-phase induction motor.W artykule przedstawiono metodę bezpośredniego sterowania momentem siedmiofazowego silnika indukcyjnego z zastosowaniem metod modulacji wektorowej i rozmytego regulatora prędkości. Przedstawiono model matematyczny siedmiofazowego silnika indukcyjnego klatkowego oraz wybrane metody modulacji wektorowej. Przeprowadzono badania symulacyjne sterowania silnikiem z zastosowaniem metody DTC-SVM i rozmytego regulatora prędkości. Przedstawiono i omówiono wyniki badań symulacyjnych. Oryginalny wkład autora dotyczy analizy i badań przedstawionej metody sterowania silnikiem siedmiofazowym

Evolution of Controllers for the Speed Control in Thyristor Fed Induction Motor Drive

Induction Motors (IMs) are now becoming the pillar of almost all the motoring applications related to the industry and household. The practical applications of IMs usually require constant motoring speed. As a result, different types of control systems for IM's speed controlling have been shaped. One of the important techniques is the utilization of thyristor fed drive. Although, the thyristor fed induction motor drive (TFIMD) offers stable speed performance, the practical speed control demand is much more precise. Hence, this drive system utilizes additional controllers to attain precise speed for practical applications. This paper offers a detailed review of the controllers utilized with the thyristor fed IM drive in the past few decades to achieve good speed control performance. The clear intent of the paper is to provide a comprehensible frame of the pros and cons of the existing controllers developed for the TFIMD speed control requirements. Keywords: Thyristor Fed Drives, Induction Motors, Speed Controller, Conventional Controllers, and Soft Computing Techniques

Fuzzy super twisting algorithm dual direct torque control of doubly fed induction machine

This paper proposes the fundamental aspects of hybrid nonlinear control which is composed of the super twisting algorithm (STA) based second order sliding mode control applying fuzzy logic method (FSOSMC), with pertinent simulation results for a doubly fed induction machine (DFIM) drive. To minimize chattering effect phenomenon due to Signum function employed in sliding mode algorithm, a new method is proposed. This technique consists in replacing the signum function by fuzzy switching function in the SOSMC to minimize flux and torque ripples. This FSOSMC is associated to the double direct torque control DDTC of the doubly fed induction machine (DFIM) by combining the advantages of fuzzy logic (FL) and the advantages of super-twisting sliding mode. The FSOSMC-DDTC strategy is compared with a PI-DDTC and SOSMC-DDTC. Simulation results demonstrate good efficiency and excellent robustness of the hybrid nonlinear controller