Field programmable gate array hardware in the loop validation of fuzzy direct torque control for induction machine drive

Introduction. Currently, the direct torque control is very popular in industry and is of great interest to scientists in the variable speed drive of asynchronous machines. This technique provides decoupling between torque control and flux without the need to use pulse width modulation or coordinate transformation. Nevertheless, this command presents two major importunities: the switching frequency is highly variable on the one hand, and on the other hand, the amplitude of the torque and stator flux ripples remain poorly controlled throughout the considered operating speed range. The novelty of this article proposes improvements in performance of direct torque control of asynchronous machines by development of a fuzzy direct torque control algorithm. This latter makes it possible to provide solutions to the major problems of this control technique, namely: torque ripples, flux ripples, and failure to control switching frequency. Purpose. The emergence of this method has given rise to various works whose objective is to show its performance, or to provide solutions to its limitations. Indeed, this work consists in validation of a fuzzy direct torque control architecture implemented on the ML402 development kit (based on the Xilinx Virtex-4 type field programmable gate array circuit), through hardware description language (VHDL) and Xilinx generator system. The obtained results showed the robustness of the control and sensorless in front of load and parameters variation of induction motor control. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of results with simulation samples.Вступ. В даний час пряме управління моментом дуже популярне в промисловості і викликає великий інтерес у вчених у галузі частотно-регульованого приводу асинхронних машин. Цей метод забезпечує розв'язку між керуванням моментом, що крутить, і магнітним потоком без необхідності використання широтно-імпульсної модуляції або перетворення координат. Тим не менш, ця команда представляє дві основні незручності: з одного боку, частота комутації сильно варіюється, а з іншого боку, амплітуда пульсацій моменту і потоку статора залишається погано контрольованою у всьому діапазоні робочих швидкостей. Новизна цієї статті пропонує поліпшення характеристик прямого керування моментом, що крутить, асинхронних машин шляхом розробки нечіткого алгоритму прямого управління моментом, що крутить. Останнє дозволяє вирішити основні проблеми цього методу управління, а саме: пульсації моменту, що крутить, пульсації потоку і нездатність контролювати частоту перемикання. Мета. Поява цього методу породило різні роботи, метою яких є показати його ефективність чи запропонувати рішення стосовно його обмежень. Дійсно, ця робота полягає у перевірці нечіткої архітектури прямого управління моментом, що крутить, реалізованої в наборі для розробки ML402 (на основі схеми Xilinx Virtex-4 з програмованою користувачем вентильною матрицею), за допомогою мови опису обладнання (VHDL) та генераторної системи Xilinx. Отримані результати показали робастність керування та безсенсорного керування при зміні навантаження та параметрів керування асинхронним двигуном. Визначено напрями дослідження моделі для подальшої реалізації результатів на імітаційних вибірках

Model reference adaptive backstepping control of double star induction machine with extended Kalman sensorless control

Introduction. Newly, the design of a controller for speed control of double star induction motor as a research focus. Consequently, backstepping technique is used to recursively construct a stable control law for speed and flux. Nevertheless, this control law coming from backstepping requires the knowledge of speed and flux values; in practice the measurement sensors are expensive and fragile. The novelty of this work consists to propose a control strategy which based on accurate Kalman filter observer that estimates speed, flux and torque. This extended Kalman filter is an optimal state estimator and is usually applied to a dynamic system that involves a random noise environment. Purpose. Apply a backstepping control of double star induction motor based on principle of rotor flux orientation. This approach consists in finding a Lyapunov function that allows deducing a control law and a modified adaptation rule is referred and sufficient conditions for the stability of the command-observer, in contrast to other techniques who use nonlinear principle. Results. The simulation results are shown to illustrate the performance of the proposed scheme under parametric uncertainties by simulation on MATLAB. The obtained results showed the robustness of the sensorless control in front of load and parameters variation of double stator induction motor. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of results with simulation samples.Вступ. Новітня розробка контролера для регулювання швидкості асинхронного двигуна з подвійною зіркою є предметом дослідження. Отже, метод відступу використовується для рекурсивної побудови стабільного закону керування швидкістю та потоком. Тим не менш, цей закон керування, що випливає з відступу, вимагає знання значення швидкості та потоку; на практиці вимірювальні датчики коштовні та недовговічні. Новизна даної роботи полягає в тому, щоб запропонувати стратегію управління на основі точного спостерігача за фільтром Калмана, який оцінює швидкість, потік і крутний момент. Цей розширений фільтр Калмана є оптимальним засобом оцінки стану і зазвичай застосовується до динамічної системи, яка включає середовище випадкових шумів. Мета. Застосування підходу відступу до керування асинхронним двигуном з подвійною зіркою на основі принципу орієнтації потоку ротора. Цей підхід полягає у знаходженні функції Ляпунова, яка дозволяє вивести закон керування та модифіковане правило адаптації, а також достатні умови для стабільності спостерігача команд, на відміну від інших методик, які використовують нелінійний принцип. Результати. Результати моделювання наведені для ілюстрації роботи запропонованої схеми за параметричних невизначеностей шляхом моделювання на MATLAB. Отримані результати показали надійність безсенсорного керування перед зміною навантаження та параметрів асинхронного двигуна з подвійним статором. Визначені напрямки дослідження моделі для подальшої реалізації результатів на прикладах моделювання

Fuzzy current analysis-based fault diagnostic of induction motor using hardware co-simulation with field programmable gate array

Introduction. Presently, signal analysis of stator current of induction motor has become a popular technique to assess the health state of asynchronous motor in order to avoid failures. The classical implementations of failure detection algorithms for rotating machines, based on microprogrammed sequential systems such as microprocessors and digital signal processing have shown their limitations in terms of speed and real time constraints, which requires the use of new technologies providing more efficient diagnostics such as application specific integrated circuit or field programmable gate array (FPGA). The purpose of this work is to study the contribution of the implementation of fuzzy logic on FPGA programmable logic circuits in the diagnosis of asynchronous machine failures for a phase unbalance and a missing phase faults cases. Methodology. In this work, we propose hardware architecture on FPGA of a failure detection algorithm for asynchronous machine based on fuzzy logic and motor current signal analysis by taking the RMS signal of stator current as a fault indicator signal. Results. The validation of the proposed architecture was carried out by a co-simulation hardware process between the ML402 boards equipped with a Virtex-4 FPGA circuit of the Xilinx type and Xilinx system generator under MATLAB/Simulink. Originality. The present work combined the performance of fuzzy logic techniques, the simplicity of stator current signal analysis algorithms and the execution power of ML402 FPGA board, for the fault diagnosis of induction machine achieving the best ratios speed/performance and simplicity/performance. Practical value. The emergence of this method has improved the performance of fault detection for asynchronous machine, especially in terms of hardware resource consumption, real-time online detection and speed of detection.Вступ. В даний час аналіз сигналу струму статора асинхронного двигуна став популярним методом оцінки стану працездатності асинхронного двигуна, щоб уникнути відмов. Класичні реалізації алгоритмів виявлення несправностей машин, що обертаються, засновані на мікропрограмних послідовних системах, таких як мікропроцесори і цифрова обробка сигналів, показали свої обмеження з точки зору швидкості та обмежень у реальному часі, що вимагає використання нових технологій, що забезпечують більш ефективну діагностику. наприклад, інтегральна схема для конкретної програми або програмована вентильна матриця (FPGA). Метою даної є дослідження внеску реалізації нечіткої логіки на програмованих логічних схемах FPGA в діагностику відмов асинхронних машин при несиметрії фаз і обривах фази. Методологія. У цій роботі ми пропонуємо апаратну архітектуру на FPGA алгоритму виявлення відмов асинхронної машини на основі нечіткої логіки та аналізу сигналів струму двигуна, приймаючи середньоквадратичний сигнал статора струму як сигнал індикатора несправності. Результати. Валідація запропонованої архітектури проводилася шляхом апаратного моделювання між платами ML402, оснащеними схемою Virtex-4 FPGA типу Xilinx та генератором системи Xilinx під керуванням MATLAB/Simulink. Оригінальність. Дана робота поєднала в собі ефективність методів нечіткої логіки, простоту алгоритмів аналізу сигналів струму статора та виконавчу потужність плати ML402 FPGA для діагностики несправностей асинхронних машин, досягаючи найкращих співвідношень швидкість/продуктивність та простота/продуктивність. Практична цінність. Поява цього методу покращила продуктивність виявлення несправностей асинхронної машини, особливо з точки зору споживання апаратних ресурсів, онлайн-виявлення в реальному часі та швидкості виявлення

Ion beam analysis of fusion plasma-facing materials and components : facilities and research challenges

Following the IAEA Technical Meeting on ‘Advanced Methodologies for the Analysis of Materials in Energy Applications Using Ion Beam Accelerators’, this paper reviews the current status of ion beam analysis (IBA) techniques and some aspects of ion-induced radiation damage in materials for the field of materials relevant to fusion. Available facilities, apparatus development, future research options and challenges are presented and discussed. The analysis of beryllium and radioactivity-containing samples from future experiments in JET or ITER represents not only an analytical but also a technical challenge. A comprehensive list of the facilities, their current status, and analytical capabilities comes alongside detailed descriptions of the labs. A discussion of future issues of sample handling and the current status of facilities at JET complete the technical section. To prepare the international IBA community for these challenges, the IAEA technical meeting concludes the necessity for determining new nuclear reaction cross-sections and improving the inter-laboratory comparability by defining international standards and testing these via a round-robin test.Peer reviewe

Photoinduced transformation of waste-derived soluble bio-based substances

[EN] Waste-derived, soluble bin-based substances (SBO), are effective low-cost photosensitizers that could find application in pollutant photodegradation. For this reason, it is important to understand if and to what extent irradiation could modify their properties. The exposure of SBO to simulated sunlight induced important spectral and structural modifications. Both the whole material and its acid-soluble fraction were characterized, highlighting several properties in common with humic and fulvic substances, including absorption spectra, specific absorbance and fluorescence behavior. The latter was described with a three-component model using PARAFAC analysis. Irradiation induced SBO photobleaching, but the absorbance of the acid-soluble fraction increased with irradiation. This finding suggests a progressive photochemical solubilization of SBO, which is confirmed by the increase of the carboxylic groups. In addition to absorbance, the fluorescence of whole SBO was also decreased by irradiation, thereby suggesting that both chromophores and fluorophores were photodegraded. The increasingly hydrophilic character given to SBO by irradiation also accounted for the photoinduced decrease of the surfactant properties of the material. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.This work was funded by the 7thFP IRSES-2010-269128-EnvironBos Marie Curie Action and by Ministero delle Politiche Agricole e Forestali (Agrienergia project). The authors are grateful to the following private and/or public Italian institutions: (a) Acea Pinerolese Spa in Pinerolo (TO) for supplying the SBO sourcing materials; (b) Studio Chiono ed Associati in Rivarolo Canavese (TO) for making available pilot equipment and services for the production of the SBO.Avetta, P.; Berto, S.; Bianco Prevot, A.; Minella, M.; Montoneri, E.; Persico, D.; Vione, D.... (2015). Photoinduced transformation of waste-derived soluble bio-based substances. Chemical Engineering Journal. 274:247-255. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.03.126S24725527

High Performance Multicell Series Inverter-Fed Induction Motor Drive

This document is the Accepted Manuscript version of the following article: M. Khodja, D. Rahiel, M. B. Benabdallah, H. Merabet Boulouiha, A. Allali, A. Chaker, and M. Denai, ‘High-performance multicell series inverter-fed induction motor drive’, Electrical Engineering, Vol. 99 (3): 1121-1137, September 2017. The final publication is available at Springer via DOI: https://doi.org/10.1007/s00202-016-0472-4.The multilevel voltage-source inverter (VSI) topology of the series multicell converter developed in recent years has led to improved converter performance in terms of power density and efficiency. This converter reduces the voltage constraints between all cells, which results in a lower transmission losses, high switching frequencies and the improvement of the output voltage waveforms. This paper proposes an improved topology of the series multicell inverter which minimizes harmonics, reduces torque ripples and losses in a variable-speed induction motor drive. The flying capacitor multilevel inverter topology based on the classical and modified phase shift pulse width modulation (PSPWM, MPSPWM) techniques are applied in this paper to minimize harmonic distortion at the inverter output. Simulation results are presented for a 2-kW induction motor drive and the results obtained demonstrate reduced harmonics, improved transient responses and reference tracking performance of the voltage in the induction motor and consequently reduced torque ripplesPeer reviewe

Humic Substances Enhance Chlorothalonil Phototransformation via Photoreduction and Energy Transfer

ABSTRACT: The photodegradation of chlorothalonil, a polychlorinated aromatic fungicide widely used in agriculture, was investigated under ultraviolet–visible irradiation in the presence and absence of different humic substances that significantly enhance the chlorothalonil phototransformation. On the basis of a kinetic model, an analytical study, the effect of scavengers, the chlorothalonil phosphorescence measurement, and varying irradiation conditions, it was possible to demonstrate that this accelerating effect is due to their capacity to reduce the chlorothalonil triplet state via H-donor reaction and to energy transfer from the triplet humic to ground state chlorothalonil. Energy transfer occurs at wavelengths below 450 nm and accounts for up to 30% of the reaction in deoxygenated medium upon irradiation with polychromatic light (300–450 nm). This process is more important with Elliott humic and fulvic acids and with humic acids extracted from natural carbonaceous material than with Nordic NOM and Pahokee peat humic acids. The obtained results are of high relevance to understanding the processes involved in chlorothalonil phototransformation and the photoreactivity of humic substances. Chlorothalonil is one of the rare molecules shown to react by energy transfer from excited humic substances

Nonleptonic Λb\Lambda_b decays to Ds(2317)D_s(2317), Ds(2460)D_s(2460) and other final states in Factorization

We consider nonleptonic Cabibbo--allowed $\Lambda_b$ decays in the factorization approximation. We calculate nonleptonic decays of the type $\Lambda_b \to \Lambda_c P$ and $\Lambda_b \to \Lambda_c V$ relative to $\bar{B}_d \to D^+ P$ and $\bar{B}_d \to D^+ V$ where we include among the pseudoscalar states(P) and the vector states(V) the newly discovered $D_s$ resonances, $D_s(2317)$ and $D_s(2460)$. In the ratio of $\Lambda_b$ decays to $D_s(2317)$ and $D_s(2460)$ relative to the $\bar{B}_d$ decays to these states, the poorly known decay constants of $D_s(2317)$ and $D_s(2460)$ cancel leading to predictions that can shed light on the nature of these new states. In general, we predict the $\Lambda_b$ decays to be larger than the corresponding $\bar{B}_d$ decays and in particular we find the branching ratio for $\Lambda_b \to \Lambda_c D_s(2460)$ can be between four to five times the branching ratio for $\bar{B}_d \to D^+ D_s(2460)$. This enhancement of $\Lambda_b$ branching ratios follows primarily from the fact that more partial waves contribute in $\Lambda_b$ decays than in $\bar{B}_d$ decays. Our predictions are largely independent of model calculations of hadronic inputs like form factors and decay constants.Comment: 16 pages LaTe

The SuperCam Instrument Suite on the Mars 2020 Rover: Science Objectives and Mast-Unit Description

On the NASA 2020 rover mission to Jezero crater, the remote determination of the texture, mineralogy and chemistry of rocks is essential to quickly and thoroughly characterize an area and to optimize the selection of samples for return to Earth. As part of the Perseverance payload, SuperCam is a suite of five techniques that provide critical and complementary observations via Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), Time-Resolved Raman and Luminescence (TRR/L), visible and near-infrared spectroscopy (VISIR), high-resolution color imaging (RMI), and acoustic recording (MIC). SuperCam operates at remote distances, primarily 2-7 m, while providing data at sub-mm to mm scales. We report on SuperCam's science objectives in the context of the Mars 2020 mission goals and ways the different techniques can address these questions. The instrument is made up of three separate subsystems: the Mast Unit is designed and built in France; the Body Unit is provided by the United States; the calibration target holder is contributed by Spain, and the targets themselves by the entire science team. This publication focuses on the design, development, and tests of the Mast Unit; companion papers describe the other units. The goal of this work is to provide an understanding of the technical choices made, the constraints that were imposed, and ultimately the validated performance of the flight model as it leaves Earth, and it will serve as the foundation for Mars operations and future processing of the data.In France was provided by the Centre National d'Etudes Spatiales (CNES). Human resources were provided in part by the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) and universities. Funding was provided in the US by NASA's Mars Exploration Program. Some funding of data analyses at Los Alamos National Laboratory (LANL) was provided by laboratory-directed research and development funds