Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 ,  Decem be r 202 0 , p p.   1908 ~ 19 17   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 4 . pp 1908 - 19 17       1908       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   New  adaptive  hys teresis  band wid t h contr ol fo r dire ct torqu e  contr ol of inducti on mac hine d rive s       Ark an   A. K adum   Depa rtment   o f  E le c troni c   Eng ineeri ng ,  Univer si ty   of  Kufa ,   Ir aq       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   6 ,  201 9   Re vised  Ju l   8 ,   201 9   Accepte d  M a y   19 , 20 20       Thi s  pap er   pre se nts  a   new   adapti ve  hyst ere sis  b a nd  control   appr o ac h   used  in   dire c t   torque  co ntrol  (DTC)   of   the  indu ct ion   m otor  (IM)   dr ives   with   th e  sw it chi ng  ta bl es  for  the   g ene r ation  of  PWM   si gnal s.  Const ant  Hys te resis   Dire ct   torque   c ontrol   (CHB - DTC)  meth od  use d  the   torqu e  an d  stat or  flux   err ors  to  gen erate   th e  stat or   vo lt ag e  ref ere nc e  and  fre qu enc y  vec tors  for   cont rolling  the  thre e - ph ase   ind uct ion   mot or .   T he  CHB - DTC  give s  b et t er   torque   tr ansie nt  per forma n ce   bu t   it   has  large  ste a dy  stat e  r ippl es.   To  red uc e   torque   and  st at o r  cur r ent   r ipples  in  CHB - DTC   cont rolled  induction  mot or   drive s  a   new   ad apt iv e  hyst ere sis   band   cont rol   ( AH B)  appr oa ch   is  proposed ,   where   th e  hyste resis  band  is  ad apt ed   in  r ea l   time  with   th e  sta tor  flux  an d   torque   err ors  v ar ia ti on ,   instead  o f   fixe d   bandwid t h.   Both   c la ss ical   CHB - DTC  me thod   and   th e   proposed   ada p t ive   h ystere sis   b and  DTC   (AH B - DTC)  fed   thre e   induction   mot or   have  b ee n  si mul a te d  using  Matlab/Si mul ink.  Th e   simul ation  r esults   at  diff ere nt   op era t ing  condi t io ns  over   a   wide   spee d  r ange  d em onstra te   the  validit y ,   eff e c ti ven ess,  and   f ea sibil it y   of  th e  proposed   sche me.   The  m ea surem ent s   show ed  th at  torqu e   ripp le s   were   si gnifi c ant ly   dec re ase   with   th e  new  AHB - DT C   te chn ique   and bet t er  spee d   resp onse  in  step   up  or  down  compare d  to the   CH B - DTC.   Ke yw or d s :   Direct t orq ue c on t ro l   Esti mators   Ind uction mac hin e  dri ve   Sw it chin g  ta bl e   Torq ue rip ple     This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Arka n  A . Ka dum   Dep a rtme nt of  Ele ct rical  En gi neer i ng,   Un i ver sit y o f Kufa   Kufa ,   I raq   Emai l:   ark a nr a @y a hoo.co m       1.   INTROD U CTION   M a ny  deca de s  ag o,  three - ph a se  I nducti on  m otors  (IMs)  we re  use d  li mit ed  c onsta nt  s pee d  app li cat io ns   due  t o  sp ee d  c hange   on   in du ct ion   mac hin e s  hav e   no t   onl y  bee n  dif ficu lt   to  reali ze  but  al s o  require  more  exp e ns es .  Co nt rar y,  se par at el y  excit e d  dc  mo to rs  a re  si mp le r  f or   the   var ia ble  sp ee d  con t ro l  app li cat io ns   be cause  i nd e pe nd e nt  c on t ro l  of   flu x  a nd  to rque  ca n  be  bro ught  a bout.  But  tod a y,  du e  to  the   adv a nces   in  powe r  se mico nduct or  de vices   an d  mic ro c on trolle r  te c hnol ogy  ha ve  m ad e  inducti on  m achines  with  var ia ble   s peed d rives  to beco me  popula r  [ 1, 2].     Acti ve  c on tr ol   sy ste ms   in  va riable  s peed   c on t ro l  a pp li cat ion s  a re  the   syst em's  esse ntial   mecha nism  for  pro du ci ng  a  res ult  that  is   sm oo t h  a nd  f ai rly  in sensiti ve   to  noise   a nd   distu r ban ce .  Con se quently ,   ma ny  con t ro ll er   desi gn s  w e re  us e d t o  co ntr ol in du ct ion  m otors  s peed an d  t orq ue  v ia  the  vec tor  contr ol tech niq ue .   The  met hods   of   vecto r  co ntr ol  can  esse ntial ly  be  gro upe d  in  two  hea dings  Di rect  To rque  Co ntr ol   (D TC )  a nd  Fie ld  Or ie nted   Co ntr ol  ( FO C ).  Fi el d  Or ie nted   C on t ro l   us e s  c oo rd i nate  tra nsfo rmati on  t o  dec ouple  the  sta tor   cu rr e nt  an d  t orq ue  f lux   c omp on e nt s.  Co ns e quentl y,   t he  IM 's   pe r forma nce  is  ve ry   anal ogous  t o  that   of  the  sepa rate ly  e xcite d  DC   m oto r .  T he   a chievem ent  of   this  meth od  is  co mp le x  a nd   is  well   know n  t o  be   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ne w ada ptive   hysteresi s  band wi dt h  c on tr ol for direct  tor que c on tr ol  of in du ct io n  … ( Ar kan A.  Ka dum )   1909   ext remel y  se nsi ti ve  to  var ia ti on s  i n  par a mete rs  beca use   of  the   fee - f orward  mec ha nism  of  it s  c on t ro l     sy ste m  [3].   La te r  in  the   ei gh ti es,  a  ne w  c ontr ol  te ch niqu e  name d  DTC   is  introd uce d  [4,  5] .   I n  DT C  it   i s   po s sible  to  c on trol  dir ect ly  th e  sta tor  fl ux  an d  the  t orqu e   by   sel ect ing   the  a ppr opriat e  inv e rter  s witc hing  sta te .  Be cause  of  s ome   well - know n  be ne fits,  incl ud i ng   simple  c on t ro l  str uctu r e,  the  D TC  wa s  a  good  al te r na ti ve  to   FO C,  no  nee d  for  se ver al   m otor  pa rameter s  so   the  pa ram et er  ind e pe nd e nce  ch an ges,   without   the  c omple x   blo c k  of  fiel d - or ie ntati on  an d  t he  i nn e r   cu rr e nt  c on t ro l   loop   [ 6,7],  a nd   pr ov i des  a   ve ry  fa st  a nd  preci se   dynamic  respo ns e.  Si nce  the   inv erte r  is  operate d  directl y  by  the  al go rithm,  no   mod ulati on   te ch ni qu e  is   need e d.   Be si de s  these  a dv a nt ages,  c onve ntion al   DTC  sc he me  sti ll   had   s om e  disad va ntages  s uch   as  va riable   switc hing  l os s es  in  t he  in ve rter,  flu x  dro op i ng  at   lo w  s pee d,   slu gg is h,   t he   res pons e   sta rt s  an d  c ha ng e s  in  loa d  and h i gh to rqu e an d  c urren t  ri pp le s  [8].     Re cent,  var i ous  te ch niques  ha ve  been  pr opos e d  to   imp rov e  pe rformance s  of  the   D TC,  i nclu ding  the   us e  of  va riable   hyste resis  ba nds  [8 - 10],   dif f eren t  obser ver  models  ha ve  been  s uggeste d  [11 - 14] ,  inte ll igent  con t ro l met hods  an d  s pace v e ct or  mod ulati on   te ch niques   [ 15 - 17]  li ke   f uzz y  lo gic o r   n e ural   netw orks  [ 18, 19] .   Seve ral  resea rc her s   ha ve  e xplore d  to r qu e   co ntr ollers  that  ge ner at e  a   co ns t ant  to rque  s witc hing  f re qu e nc y  f or   their  a bili ty  to   imp rove  t he  dr i ve  s ys te m  s peed  co ntr ol.  [ 20 - 23],   t hese  t echn i qu e s  r epl ace  the  c onve ntion al   hy ste resis tor que co ntr oller wi th a co ns ta nt sw it chin g  f requ ency  c ontrolle r . Th e n,   by  c ompari ng  the t rian gu la r   wav e f or m s  w it h  the   co m pensat ed  t orq ue  e rror  si gnal ,  a n  al m os t  fixe d  s witc hing  fr e quenc y    is o btained . [2 4 - 25].   In  this  pa per,  A  ne w  a dap ti ve   hyste resis   ba nd  c o ntr oller   a lgorit hm  has   be en  pro posed   t o  st rengthe n   the  DTC - c ontr olled   I M  dy na mic  to rque   re s pons e .  Her e   t he   hyste r esi s  ba nd  is   co ntr olled  i n  real   ti me  with  t he  var ia ti on o f   sta tor  flu x  a nd  to r qu e   er r or s.  W it hin   t he  s ugge ste d  al gorithm,   t he  c orrect vo lt age v ect or  is u sed  t o  pr eci sel y  c omp ensate for  t he  e rror s   wit hin  f lu x  a nd  to r qu e .  T he  C HB - DTC' s  to rque  a nd  c urre nt  ri pp le s   ca n  be   decr ease d  sig ni ficantl y.  T o  de monstrate   the   impact   of  t he  pro posed   met ho d,  tra diti on al   a nd  pro po se d  s yst ems   wer e  simulat e d  a nd   fin d in gs  analyze d  i n  th e  M at la b/Sim ul ink   c on te xt.  S imulat ion   e xpe riments  ha ve  s how n  this ap proac h r edu ce s the  D T C system's  to rque  rip ple.       2.   PRI NC I PLE   OF  CLASSIC AL DIRE CT  TORQ UE  CONTROL   Direct  t orq ue  con t ro l's   f unda mental   c once pt  is   to   co ntr ol  in   real  ti m e  both   t he  t orqu e   a nd  t he   mag nitud e  of  the  flu x  within  the  relat ed   er r or   bands  by   se le ct ing   the  ap pro pr ia te   sta tor  vo lt age  vecto r.  The   blo c k  dia gr a m o f   the   cl assic al   D TC  sc he me for   a   V SI - fe d  I nductio n Mo t or is  sho wn  i n  Figure   1. It   co ns i sts  of   tor qu e   an d  sta tor  flu x  e sti mators,  to rque   an d  flu x  hyste re sis  co mp a rato r s,  a  s witc hi ng  ta ble  a nd  a  volt ag e   so urce i nv e rter  ( V SI).           Figure 1.  Bl oc k diag ram  of  D TC   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
               ISSN :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   1908   –   1917   1910   2.1.   St at or flux  an d torque  es timat i on   The  sta to r  flu x  vector  of  a n  inducti on  m ot or   is  est imat e d  by   i nteg rati ng  the  sta to r  vo lt age s  a nd  current  vect or s  by [4 ]:      ѱ ( ) = ∫ ( ( ) − ( ) )          (1)     wh e re :  ψ s (t)  i s  the  sta to r  flux  vect or ;  v s (t )  an d  i s (t )  are   mo t or   sta tor  vo lt age   vect or  an d  c urren t  vecto r   resp ect ivel y; R s   is t he  m otor s ta tor  re sist ance .   The  est imat io n  of  sta tor   flu x  us in g  (1)  ca n  be   sp li t  into  t he  est imat ion   of   D  a nd   Q  a xis  of  sta tor   fl ux,  as foll ows.     ѱ  ( ) = ∫ (  ( ) −  ( ) )          (2)   ѱ  ( ) = ∫ (  ( ) −  ( ) )            ( 3)     wh e re  t he  c ompone nts  of  sta tor   cu rr e nt  a nd   sta tor  volt age  i n  DQ  c oor din a te   can  be   sim pl y  cal culat ed   usi ng  the foll owin g  e qu at io ns,      =           (4)    = ( − 2 ) √ 3         (5)    = 1 3  ( 2 − − )         (6)    = 1 / √ 3  ( − )         (7)     wh e re  i a ,  i b ,  v a ,  v b ,  a nd   v c   a re  phase  c urre nts,  a nd   volt ages  re sp ect ivel y,   a nd   V DC   is  the  input  volt age  of     the in ver te r.     The   ( 1)  re veal s  that  var ia ti on s  to   the  sta tor   vo lt age   vecto r  directl y  af fect  the  sta to r  flu x  vecto r.   O n  the  c on t rary,   the  r oto r   a nd  st at or  le aka ge  i nducta nces   filt er  i nf lue nce   V s  ov e r   the   r otor  flu x  a nd  a re  t he refor e   no t   im portant   ov e r  a  sho rt - te rm  ho rizo n.   S i nce  the  sta to r  flu x  can  be  ra pid ly  modifie d  wh il e  the  r otor  flu x  ro ta te s  m or e  slow l y,   the  a ng le   betwee n  the  two  vector s  ca n  be   re gu la te d  directl y  by  V s.  T he   exact  relat ion s hip   be tween  the   sta tor  a nd  r otor  fl ux e s  sho ws  th at   mainta inin g  a  const ant  a mp li tud e   of  ѱ s   would  pro du ce  a c on s ta nt f lu x ѱ r .    The  el ect r om a gn et ic   to r qu e   can  be  e xpress ed  acc ordin g  t o  the   sp ace   ve ct or s  of  the  r ot or   flu x  a nd  sta tor flu x  as  f ollows:         = 3 2 ( ѱ × )   = 3 2 [  ѱ  −  ѱ  ]     (8)     = 3 2 ѱ  (  − ѱ ) = 3 2 ѱ  ( )           (9)     wh e re:  Te   is  t he  el ect r om a gnet ic   tor que;   p  is  the  mo t or  po le   pair;  ѱ s   i s  the  sta t or   fl ux  vect or  at   t he  d - q  coor din at e,  δ  -   ang le   betwe en   ro t or   flu x vect or an d  sta to r  c urren t  vecto r.    The fo rm ula (9 )  ca n be tra ns f ormed  into  the  equ a ti on:     = 3 2 − 2 ѱ ѱ  ( ѱ )     wh e re:  ѱ   -   a ng le  b et wee n r oto r   and stat or f l ux  vecto rs.     ѱ = t an − 1 [ ѱ  ѱ  ]             (10)     w he re:  Ls,   Lr   and  L m  t he   m otor  sta t or ,   ro t or  in duct ance,   and  m ut ual  in du ct a nce   are   r especti vely;   a nd  ψ r  is   ro t or   flu x  li nka ge  am plit ude.   It  is  note w or t hy  t hat  the   to r que  de pends   on  the  ma gnit ude  of  the   sta to r  a nd  ro t or  fl ux  as   well   as   the  ang le   ѱ .   Fig ure  2 sh ows the  v ect or d ia gr am  of c urren t a nd  flu x vecto rs  at  t he s - q co ordi nate.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ne w ada ptive   hysteresi s  band wi dt h  c on tr ol for direct  tor que c on tr ol  of in du ct io n  … ( Ar kan A.  Ka dum )   1911       Figure  2 Vect or  diagr a m  of v e ct or s at  d - q co ordinate       2.2.   Torque  and  flux hystere sis  comp ar ators   As  ca n  be   see n  from   Fig ure   1,  there   a re  tw o  dif fer e nt  lo ops  relat ed   to  t he  mag nitu des   of  t he  sta to r   flu x  m odulu s  a nd   t orq ue.   T he   ref e ren ce  valu es  for  the  sta t or  flu x  a mp li tu de   an d  t he  el ect r om a gn et ic   to rque  is  com par e d  with  the   est imat ed  values .  T he   flu x  c on t ro ll e r  is  a  c ompar at or   of  tw o  le vels  w hile  the   tor que   con t ro ll er is  a  com par at or   of  three le vels, as  it  is shown i n Fi gure   3.         (a)     (b)     Fig ure   3. The   hy ste resis c on t ro ll ers   ( a ) of  t wo - le vel,   ( b) of th ree - le vel       The flu x  c on t r oller's   dig it iz ed ou t pu t  sig nals are  a s  descr i be d  in  equati ons  (11) a nd (1 2)     ѱ  = 1      ѱ < ѱ  −   ѱ           (11)   ѱ  = − 1      ѱ < ѱ  +   ѱ         (12)     A nd t ho s e  of  t he  to r qu e  contr oller are  as i n ( 13), ( 14)  a nd (15)      = 1      <  −             (13)    = 0      =                    ( 14)    = − 1      <  +           (15)     Wh e re  2H m   is  t he   to r qu e  toler ance  band  a nd  2H Ψ   is t he  f lu x t olera nce  band .        2.3.   Sw itchi ng t ab l e    The  cl assic al   DTC  sc heme   is  to  s el ect   the   ap pro pr ia te   volt age  vecto r  by  mea ns   of  l ookup  ta ble   vo lt age   vector  to  ac hieve   dire ct   co ntro l   of  flux  li nkage   an d  tor que  [6],  ma king  it   li mit ed  within   a  ce rtai n  e rror   range.   I f  t he  volt age  vecto r   is  ap plied ,  the   s ta tor  flu x  will   increase   the   phase  an gle  betw een  t he  ro t or  fl ux  a nd   sta tor flu x vectors , th e  r es ulti ng to rque i ncr e ases.   In  the   cl assic al   DTC   met hod,  the  plane   is  div ide d  for   the  six  sect or s .  For  t he  sta to r   flu x  ve ct or   l yin g  in  sect or  1  ( Fi gure   4 ),  the   vo lt a ge  vecto rs  V1,  V 2,  V6  ca n  be   c ho s en   to   inc rease   fl ux  vecto r  mag nitu de.  O n  the o t her   side,   to obtai n  a  d ec rease  flu x  ve ct or   ma gn it ude c an be  by cho osi ng   V 3,   V 4,   V 5.  B y  a pp l ying  one  of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
               ISSN :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   1908   –   1917   1912   the  zer o  vect ors  V0  or  V 7  will   reduce   th e  el ect romag ne ti c  tor qu e ,  a nd  sta to r  flu x  ve ct or   ѱs   is  ba sic al ly   un c ha ng e d.           Figure  4. Sele c ti on   of the a ppr opriat e volt age  v ect ors  f or  t he  stat or   flu x vec tor  i n  sect or  1       Fo r   t he  t orq ue  con t ro l,   the   bet ween  sta to r   an d  r oto r   flu x  δ Ψ   is  us e d  ( 9).   T he refor e ,  t o  i ncrea se  m otor   tor qu e   th e  volt age  vecto rs  V 2,  V 3,  V 4  can   be   sel ect ed  a nd  to  de crease   V 1,  V 5,  V 6.  T he  above  co ns ide r at ion s   al low  c onstruct ion   of the  selec ti on  table  as  presented  in  T abl e 1 .       Table  1.   Sw it c hing table   ∆ѱ   ∆M   Secto r  1   Secto r  2   Secto r  3   Secto r  4   Secto r  5   Secto r  6   1   1   V 2   V 3   V 4   V 5   V 6   V 1   0   V 7   V 0   V 7   V 0   V 7   V 0   - 1   V 6   V 1   V 2   V 3   V 4   V 5   0   1   V 3   V 4   V 5   V 6   V 1   V 2   0   V 0   V 7   V 0   V 7   V 0   V 7   - 1   V 5   V 6   V 1   V 2   V 3   V 4       3.   ADAPTI VE  HYS TE RESI S BA ND A L G ORI TH M   The  a dap ti ve  hy ste resis  al gorith m,  as   show n  belo w  in   Fig ur e  5,   op erates  by  i ncrementi ng  or   decr e mentin g  the  hyste resis   width  by  c omp arin g  t he  (error ѱ )  with   that  of  th e  pr e vious   on e   ( er ror ѱ old. ).  T he   al gorithm  sta rting   by  meas ure s  the  insta nt  fl ux  er ror  er r or ѱ   an d  the  previ ous  e rror   (err or ѱo l d )  t o  cal cul at e  the  rate  of  cha nge  and  the n  co mpa re  it   with   zer o  val ue.  I f  t he  e rror ѱ )/e rror ѱ old   ≥0  th e  hyste r esi s  wi dth  inc r eases   by  δ H ѱ M ,  s o  the  volt age  vec tor  sta ys  in  t he   same   dir ect io n;  oth er wise d,   the  hy ste resis  width  is  decre ase  by   δHѱm .   In  t he   ne xt   cycle   th e  al gorith m   c on ti nues   in   th e  same   way,   and  th e  hyste r esi s  wi dth  is   kep t   on  changin g  i n  t he  same  man ne r  unti l i t reaches  it s max val ue or  min  v al ue.     The  var ia ti on  i s  the  ba nd widt h  of  th e  hyste r esi s  co ntro ll er  resu lt s  in   the  va ry i ng   sw it chi ng   freq ue ncy  of  the   in ve rter.   W he n  the   hys te resis  width  Δ H  is   the   mi nim um  the   s witc hin g  fr e qu e nc y  is  ma xim um .   T his  i s   mainly  tr ue  in   study  sta te   conditi ons  co nt rary  un der   qu ic k  tor que  res pons e  i n  the  t ran sie nt  re gion  the   hy ste resis  widt h wil l be c ha ng ed or  it  w il l be  max.   The  DTC  met hod  has  t wo   diff e re nt  hyste resis  co ntr ollers,  flu x  a nd  el ect ro ma gnet ic   tor qu e .  T he   same  idea   of  t he   al gorithm   a ppli ed  t o  bo t h  c on t ro ll ers .  T he   hyste resis   ba ndwi dth   is   co ns t ru ct e d  to   be  d ynamic   in  this  wa y,   a nd  the   co ntr ol  a l gorithm   at te mp ts  to   re du ce   t he  e rror  at   eac h  ste p.   In  ot her  w ords,  this  al gorithm   correla te s the e rror o f  to r qu e  a nd f l ux w it h ea ch othe r.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ne w ada ptive   hysteresi s  band wi dt h  c on tr ol for direct  tor que c on tr ol  of in du ct io n  … ( Ar kan A.  Ka dum )   1913       Figure  5. Flo w  ch a rt of the  pr opos e d  al gorithm       4.   SIMULATI O N RESULTS   OF THE P ROP OSED  S YS T EM   In  order  to   ve rify  t he   A HB  – D TC  sc heme ,  sim ulati ons  a re  perf ormed   i n  t his  sect ion.   T he  t hr ee - ph a se in duct io n  m otor  par a m et ers  f or use i n Matl ab/Sim ulink m od el  a re show n  as i n  ta ble 3 .   The  simulat io n  has   been  performe d  for  sta tor   flu x  an d  to rqu e  hyste resis   ba nd  am plit ud e   f or  D TC  a re  0.005 Wb an d . 05 Wb  res pecti vely w her e  for  ADDTC a re as  shown i n  ta ble 2 .         Table2 . P a ram et er of  c on t ro ll er   Flu x  Par am eter   Am p litu d e ( wb )   Torq u e Par a m ete r   Am p litu d e ( wb )   Max flux  hy steresi s wid th  of Hѱ m ax   .00 5   Max to rqu e hy ster esis  width  of H Tmax     .05     A s m all chan g e of  hy steresis  width   to  adju st th e m ax  v alu e δHѱ M   .00 1   A sm all  chan g e of  h y steresis  width   to  adju st th e m ax  v alu e   δH TM   .00 1   A sm all  chan g e of  h y steresis  width   to  adju st th e m in  valu e   δHѱ m   .00 0 1   A sm all  chan g e of  h y steresis  width   to  adju st th e m in  valu e   δH Tm   .00 0 1   Min flux  hy steresi s wid th  of Hѱ m in   .00 0 0 1   Min to rqu e hy stere sis  width  of H T m in     .00 0 0 1       Table3 . P a ram et er of IM   Po wer  Ratin g     3 KW   No m in al Voltag e  Vs    3 8 0  V   No m in al Speed     1 4 4 0  r p m ,   Res istan ce of Stato r  Rs     1 .85 0  Ω   Res istan ce   o f  Ro to r  Rr    1 .84 0  Ω   Self  in d u ctan ce   o f  Stato r  Ls    0 .17  H   Self  in d u ctan ce of  Ro to r  Lr     0 .  1 7 0  H   Mutu al ind u ctan ce L m     0 .16 0  H   No  of po le pairs p     2   Stato r  flux  link ag e ѱ s   0 .8(W b )   sq u irr el - cage  IM         In   orde r  to  e va luate   the  pe r forma nce  of  th e  DTC - base d  A DH B,   it   ta kes  i nto   acc ount  t hree  operati ng  conditi ons:  th e  var ia ble  s pe ed  with  no   load,   fu ll   spe ed  with  var ia ble  load  a nd   var ia ble  s pe ed  with    var ia ble loa d.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
               ISSN :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   1908   –   1917   1914   4.1.   Speed  perf or man ce   The  sim ulati on   wa veforms   of  the  S pee d,   sta tor  flu x,   a nd  st at or   phase  “a”  current  at   dif fe ren t  s pee d  reg i on s   un der   no  loa d  are   show n  i n  Fig ure  6  f or  both   Cl assic al   direct  to rque  c on t ro l  a nd  ada ptive  hy ste resis   direct to rque  c on t ro l.     In it ia ll y,   the  re fer e nce  s peed  is  set   to  rate d  s peed  18 6.4  ra d/ s  (15 00   r pm )   and  the n  ste pp ed  dow n  to   very  l ow  8  ra d/s.  The   sec ond  ste p  the   re fer e nce  s pee d  is  inc rease d  t o  55  rad /s.   F or  both   sc hem es,  the   est imat ed  an d measu red sta to r  fl ux w a ve for ms ar e  s how n  i n  Fi gure  6.   As  can  be  see n  from  the  fig ure,  ste ady - sta te   error   for  A HB - DTC  is  0.0 8%  wh e re  f or   Cl as sic al - DTC   is  0.1 4%.  B y  usi ng  a dap ti ve   hyste resis   di rect  to rque   co ntr ol,  it   s how n  t hat  the  flu x  regulat ion  w orks   fi ne   even  the s peed is st e pp e d u p or d own . T he  est ima te d  fl ux foll ows ex act ly  the  m easur e d   flu x.    Plott ing  of  th e   direct  sta tor   f lux   ѱ d   a gainst   the  quad ratu r e  sta tor   flu x  ѱ q   is  s how n  in  fig ur e  7  by   us in g  va riable  sp ee d.   Fig ur e   7(b)  dem on st r at es  there   is  a n  e nhance men t  in  IM  dr i ve  sta tor  flu x  t raject ory ,   com par e d  wit h  conve ntion al   DTC;  the  A H B  h as  mu c h  le sser  to rque  ri pple .  It  can  be  s een  f rom  Figs .  6  an d  7,   the  pro po se d  AH B   ca n  est i mate   the   sta to r  flu x  bette r   a nd  al m os t  ci rc ular   flu x  traj e ct ory  with   the   same  amplit udes in   bo t h d a nd q a xes  ass ures c orrect o ff set  c om pensat ion.         (a)     (b)     Fig ure   6 .   Moto r  s peed res ponse  un der   dif fere nt r e fer e nce  s peed ( a )  Cl assi cal - DTC  (b) A HB - DTC       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ne w ada ptive   hysteresi s  band wi dt h  c on tr ol for direct  tor que c on tr ol  of in du ct io n  … ( Ar kan A.  Ka dum )   1915         (a)   (b)     Fig ure   7 .   Stat or f l ux traje ct or y  c urve  unde r no l oa d  s pee d  ( a) Classi cal - D TC ( b)   A HB - D TC       4.2.   Loa d  per fo r m an ce   The  s pee d  res ponse   un der   no - load,  f ull  load ,   50%  f ull  loa d,  an d  75%  f ull  load  c onditi on  are  s how n  in  Fi gure   8(a )  of  cl assic al - D TC  a nd  propo sed   DTC - S V M  are   s how n  Figure   8( b) .   A t  sta rtu p,  the   s ys te m   is  un l oad e d,   an d  the  sy ste m   r un  at   rated  s peed.  The  ref e re n c e  load  is  set   to   fu ll   loa d  ( 16  Nm)  after  1s ec ,  then   ste pp e d  dow n  after  a no t her   s ec  to  50%  a fter   one  sec,  t he  re fer e nce  loa d  is st epp e d  up  to 75% o f  fu ll   loa d.  The   wav e f or m s  of  t he  mea sured  a nd r e fer e nce t orq ue, an d  sta to r  fl ux e s, fo r b ot h  sc hemes, are  sho w n  i n  Fi gu re  8.           (a)   (b)     Fig ure   8 .   Moto r  re spo ns e  unde r  rate d  s pee d and di ff e ren t l oad (a )  Cl assic al - DTC  (b) A HB - DTC       In  the  case  of  AH B - DTC ,  th e  sp ee d  goes  dow n  from   1477  t o  1453  rpm   w hen  the   s ys te m  is  fu ll y   loade d,   w her e  the s pee d  is st e pp e d  dow n fro m 14 47 to 1 398 rpm in  case  of cla ssica l DT C .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
               ISSN :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   1908   –   1917   1916   4.3.   Speed  and   lo ad Perf orm an c e   A  res pons e   f or  dif fe ren t   sp ee d  unde r  no - l oa d,  f ull  loa d,  25  %  f ull  loa d,  a nd  75 %   fu ll   l oa d  c onditi on   are s how n  in   F igure  9( a ) of  cl assic al - DTC a nd pr opos e d D TC - SVM  are  s how n  Fi g ure  9(b ).             (a)   (b)     Fig ure   9 .   Moto r  re spo ns e  unde r diffe ren t  sp e ed  a nd loa d (a)  Cl assic al - DT C (b)  AH B - DT     The   sp e ed   set   up  to   rate,   50 %  of  rate d,  a nd  t hen  t o  75%   of  the   rated   s pe ed.  De fe ren t   value   of  to rqu e  is app li ed  at  a d iffe re nt ti me. I n  Fi gure 9   (b), t he  respo ns e of sp ee d  with t he  sh ort  ti me which is n ee de d by  t he   mecha nical   lo ad  to  a rr iv e  ra te d  value .  T h e se  fin dings  in dicat e  a  good  and   fast  res po ns e  to  t he  pro po s ed     dr i ve  s ys te m.   Com par e d  with  c onve ntio nal  DTC ,  th e  AHB - DTC   has   m uch  small er   to r qu e   ri pp le .  F r om  Fi gures  8  and 9, it  can   be  seen  that the  a dap ti ve  hyste re sis can e sti mate  the stat or  flu x well  an d  tr ul y.         5.   CONCL US I O NS   To  reduce  t orq ue  a nd  sta tor   c urren t  rip ples  i n  CHB - D TC  c on t ro ll ed   in duct ion   m otor  dri ves  a  new  adap ti ve   hyste resis  ba nd  c on trol  strat eg y  ha s  been  pr e se nted.  In  t his  a ppr oach,  t he   tow  a nd  t hr ee   le vels  hy ste resis  c on t ro ll er  ba ndwidt h  ha ve  bee n  a dap te d  in   rea l  t ime  base d  on  t he  var ia ti on  of  pr ese nt  a nd  pr evio us  sta tor  flu x  an d  to rque   er rors.  Bot h  cl assic al   D TC  m et hod  and  the   a da ptive  hyste resis   ba nd  DTC  fe d  t hr ee   inducti on  mo t or  dr i ve   sc heme s  hav e   bee n  simulat ed   us in g  M at la b/Sim ulink  s of t war e .   T he   simulat io ns  resu lt s  of   t he  s pee d  a nd  the  t orq ue  r esp on ses   obta i ned  an d  c omp ared  with   CH B - DTC  meth od  at   diff e re nt  operati ng   conditi ons  ove r  a   wide   s peed  ra nge  a nd   tor qu e .   The   resu l ts  obta ine d  show   that   the   presented   DTC  meth o d  pro po se d  has   be en  decr e ase  t he  s pee d  ste a d y  sta te   e rror  at   fu ll   s pee d  in   no  l oad  or  f ull  load   f orm  0.1 4  to  0.08  %  and   t hat  imp rove  the  dr i ver  performa nce.  The  res ults  de monstrate   the  validit y  of  the  pro po se d  c on t r ol.  Th e   com par is ons  s howe d  t hat  to r qu e   rip ples  we re  s ubsta ntial ly  re du ce d  co m par e d  to   the   cl assic al   DTC   w it h  th e   pro po se d A HB - DTC  sy ste m, a nd b et te r  sp e e d respo ns e i n  s te p  up  or  dow n.       REFERE NCE S    [1]   Bose  Bim a l  K. ,   “An  Adapti v e  H ystere sis - Band  Curre nt  Contro l   Te ch nique  of  a   Volta ge - Fed  PWM  Inve rt er  fo r  Mac hine Drive  Sys te m” ,   IE EE   Tr ans.  Ind.   E le c t ron . ,   vol   37,   pp.   402 - 408,   Oc t. 19 90   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ne w ada ptive   hysteresi s  band wi dt h  c on tr ol for direct  tor que c on tr ol  of in du ct io n  … ( Ar kan A.  Ka dum )   1917   [2]   P.  Santhi   Kum a r  and  K.  Nag al i nka ,   “Flux  ve ctor  cont rol   with  spac e  v ec tor   m odula ti on   for  P WM  inve rt er  f e d   induc ti on  mot or   drive , ”  Int ernati onal  Journal  of  appli ca ti on  or  innov ati on  i n  Engi ne ering  and  Manage me nt   (IJ AIE M) ,   vo l. 2 ,   2013.   [3]   Krishnan,   R . ,   “ E le c tri c   Motor  Dr ive s -   Model ing,  Analysi s,  and   C ontrol ” ,   Pren ti c e - Hall   of   Indi a ,  2 002 .   [4]   Ta kah ashi,  L . ,   and  Noguch i,  T . ,   “A   new  qu ick  response   and   high  eff icien cy  cont rol   stra te gy   of   an   indu ct io n   mot or” ,   I EE E   Tr ans.  on  Industry   Appl ic a ti ons ,   1A - 22,   pp .   820 - 827 ,  1986 .   [5]   Ta kah ashi,  I.,  an d  Ohmori,  Y. ,   “ High - per forma n ce   d irect   torque  cont rol   of  an  ind uct ion   mot or ”,  I EE E   Tr ans.  Ind.  Appl ic a ti ons ,  Vol.   25 ,   No .   2 ,   pp .   257 – 264 ,  1989 .   [6]   Rake sh  Par ekh,  “AC  Induc ti on   Motor  Fundam e nta ls” ,   M ic roch i p  Techno logy  In c ,   AN 887,   DS 0 0887A,  pp   1 - 24 ,  2003 .   [7]   Bla schke ,   F.   “ Th e  Princ ipl e   of   Fi el d  Ori entati on   Applie d  to  The  New  Tra nsve ct o r  Closed - Loop   C ontrol   Sys tem  fo r   Rota ti ng   Fie ld M ac hine s” ,   S ie m ens - Rev . ,   Vol.   3 9,   217 – 220 ,  197 2 .   [8]   J. K.  Kang ,   D. W.  Chung,   S.K.  Su l,   “Dir e ct  Torqu e  Contro l  of   Ind uct ion   Mac hin e  with   Vari abl e  A mpl it ud e  Con tro l  of  Flux a nd   Torq ue  Hys te resis   Ba nds”,   IE EE/  I EM D Int n.   Conf .  pp.   640 - 642 ,  1999 .   [9]   Ren  Y,  Zhu  Z,   “ Enha nc em en t  of   stea dy - sta te   p er forma nc e  in  d irect  torqu e  con trolled  dua l - three  p hase   per m ane n t  ma gne t   synchro nous  machin e   dr ive s  wi th   modi f i e d  sw itching   t ab le . ”   IEEE   Tr ansacti ons   on   Industrial   Elec troni cs ,  Vo l.   62 ,   No.   6,   p p  3338 – 3350 ,  20 15   [10]   Hafe ez  M,   Uddi n  M,   Rah im  N   A.  Ping   H   W.  “ Self - tune d   NF C  and  ada p ti ve   tor que  hyst ere sis - b ase d  DTC   sch e me   for  IM dri v e”.  I EE E   Tr ansacti o ns on  Industry A ppli cations ,   Vol .   50,   No:  2:   pp . 14 10 – 1420 ,  2014 .   [11]   Z.   Ta n .   &  Y.   Li.   &  Y.   Z eng,   “A  thre e - le ve l  spe e d  sensorle ss   DT C  drive  of  induction  mo tor  b ase d  on  a   ful l - orde r   flux  observ er”,  Powe r  Syst em  T ec hnolog y,  Proc ee dings.   Pow erCon  Inte rnat ion al  Conf ere nc e ,   vol.   2 ,   pp.   1054 - 1058 ,  2002 .   [12]   G.  Yav.  &   L.  We iguo ,   “A  ne w  me thod   rese a rch   of   fuz zy   DT C  base d  on   ful l - orde r  sta te  o bse rve r  forst at or  f l ux   li nkag e” ,   Comp ute r  Scienc e  an d  Aut omation  E ngine ering  (CS AE ),   2011  I EEE   Inte rnational   Confe renc e ,   vo l.   2,   pp. 104 - 108 ,  201 1 .   [13]   Saghaf inia  A,   Ping  H,   Uddin  M ,   Ga ei d  K .   “Ad apt iv e  fuz zy  sl i dingm ode   cont r ol  int o   ch at t eri n g - fre e   IM  drive ,”   IEE E   Tr ansacti o ns on  Industry A ppli cations ,   Vol ume :   51,   Iss ue ,   1 ,   Jan . - Feb.   2015;   pp:   692   -   701   [14]   Bara mbon es  O,   Alkorta  P.   “Posi ti on   cont ro l   of   t he  induc t ion   mo tor  using   an   adaptive  slid ing - mo de  cont rol le r   an d  observe rs.”  IEEE  Tr ansacti ons  on  Industrial Elect ronics ,   Volum e:   61 ,   Iss ue:  12 ,   Dec .   2014;  pp :   6 556   -   6565   [15]   L.   T an  and   M.   F.  Rahm a n,   “ A  new  dire c t  t orque   cont ro l  st rat egy  for   flux  and  torque  ripp le   red u ct ion   for  induc ti on mot ors  drive   by   using s pac e   ve ct or   mod ula ti on , ”   in   Proc .   32nd   Annu. PE SC ,   2001,   vol .   3 ,   pp.   1440 – 1445.   [16]   Zhi fen g   Zh ang;   Renyua n   Ta ng ,  Baodong  B ai ,   D exi n   Xie ,   “Nove l  Dir ec t   Torque  Control   B ase d   o n  Spac e   Vec tor  Modulat ion   Wit h   Adapti v e  Sta to r  Flux  Obs erv er   for  Induc t ion  M otors”;   I EE E   Tr ansacti ons  on  M agnet i cs ,   Vol .   4 6,   No.   8;   pp   3133 – 3136 ,   2010 .   [17]   Priyanka  P.  B a wankule ;   S.S.   Gokhale ;   “Dir e ct  Torque  cont r ol  of   indu ct ion   mot o rs  base d   on  spac e  v ecto r  modul ation ” ;  2 016   Inte rnat ion al  Conf ere nc e  on  Ene rg y  Ef f i ci en t  Te chnol og ie s  for   Sustain abil ity  (IC EE TS ),   INS PEC Ac ce ss ion  Number :   163 74331   [18]   K.  Suman;   K.  Suneet a ;   M.   Sa sikal a;  “Dir ect   Torque  Contr oll ed   induction   mot or   drive  with  spac e  v ector  modul ation   fed   with   three - le v e l  inve rt er , ”  IE E E   In te rnationa l   Conf ere nc e   on   Pow er  Elec tro nic s,   Dr iv es   an d   Ene rgy  S yste ms   (PE DES);   16 - 19   Dec .   2012;   INS PEC Ac ce ss ion N umbe r:   134001 26   [19]   S.  Mir  and  M .   E .   E lbul uk,   “Pre cis ion  torque   cont r ol  in  inve rt er - fed   induc t ion  m ac h i nes  using  fuz zy  l ogic , ”  in   Proc.   IE EE - IAS   Annu .   Mee ti ng ,   1995 ,   pp.   396 – 401.   [20]   S.  Ben ai ch a.  &   F.  Z ida ni .   &   R. - N.  Said .   &   M. - S. - N.  Sa id,   “Di re ct   torque  with   fu zz y   logic  torque  rippl e   red u ct ion - base d   sta tor  f lux   vector control”,  Comput er   and   E le c tri c al E ngin eering,   (ICC EE '09 ),   vol . 2,   pp.   128 – 13 3 ,  2009 .   [21]   N.  Sada ti .   &   S.   Kaboli .   &   H.   Adeli.  &  E.  Haj ipo ur.   &  M.   Ferdo ws i,   “Onl ine  opt im al  n eur ofuz zy   flux  con troller   f or  dtc  base d   indu ct ion   mo tor   dri ves” ,   App li ed   Powe r  El e ct ron ic s  Con fe ren ce  and   E xposit io n  (A PE C   2009 ) ,    pp. 210 – 215 ,  200 9 .   [22]   N.  R.   N.   Idris  a nd  A.  H.  M.  Y a ti m,  “R educ ed   t orque   ripple  and   consta nt   torque  sw it chi ng  fr equ enc y  str at egy   fo r   Dire ct T orqu e  C ontrol   of   indu ct i on  machine,” i n   Proc.   15 th  I EE E - APEC ,   New Orl ea ns, LA,   pp.   15 4 – 161 ,  2000 .   [23]   N.  R.   N .   Idris  an d  A.  H.  M .   Yat i m,   “Dir e ct   torqu e  con t rol  of   indu ct ion  machine s with   constant  sw it chi ng   fre qu ency  and  red u ce d   torq ue  ripp le,”   IEEE   Tr ans.  Ind.   Elec tron . ,   vo l. 51, no .   4 ,   pp .   758 – 767 ,   Aug.  2004 .   [24]   Za afo ur i  A,   Reg aya   C ,   Az za  H,  Châa ri   A.  “DSP - base d  ad apt iv e  bac k  st eppi ng  us ing  th e  tr ac k ing  err ors  for  h igh - per forma n ce sen sorless spee d  co ntrol   of   indu ct io n  mot or   driv e. ”   I SA  Tr ansacti ons ,   Vol .   60 ,   pp   333 - 347 ,  2016 .   [25]   C.   L .   Toh,  N.   R.   N.  Id ris,   and   A.   H.M.   Yatim,   “ Constant   and  h i gh  sw it chi ng   fr e quenc y  torque  c ontrol ler  for   DT C  drive s,”   IE EE P ower  Elec tron .   L et t . ,   vol. 3, no. 2, pp. 76 – 80,   Jun. 2005.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.