In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S V o l.  10, N o.  2, June  2 01 9, pp.  720~ 7 3 0   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 2.pp 7 20- 73 0      7 20     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Backstepping control of two-mass  system usi n g inducti on motor  drive fed by v ol tage source in verter with  idea l  control  perfo r ma nce of stator cu rrent       V o  Th a n h   H a ,  Le  Tr on Ta n , N g u yen   Du N a m, N gu ye n   Phu n g Qu an In stit u t e f o r Co n t rol  Engin eerin g an A u t o m a ti on ICEA,   Han o i   U n i v e rsity  o f S c i e nce an d T e ch no lo gy , V i e tn am       Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Oct  1 0 ,  2 018  Re vise d N ov  1 9 ,   201 8   Ac ce p t ed  M ar 3 , 2 0 19      Th is   p aper  d es cr ibes   t he  d e s ig and   the  s i m u l a ti o n   o f   n on-lin e a r   c on tr o l le r   f o tw o-m a s s   s y s t e usi ng  i n d u ct ion   m o to bas i ng   o n   t h back st e pp ing   m e th od.   T he  a im   i t o   c ont ro l   the  sp eed  actual   v a lu o f   l o a mo t o m a tch i ng  with   t h e   s peed   r ef erence  lo ad  m o t or,   m o reov er,  elect rical   d rive ’s  r es pon e   ens u ri ng  th “f a s t,  accurate  a nd   s m a ll  ov ers h o o t”  a n d   r ed u c i n g   the   re so na nce   oscillations  f or  t wo-m ass  sys t em  u sing  i nducti o mot o f e by  v oltage  s ource  in vet e w i t h   i deall y   c on tro l   p erf o rman ce  of   s t a to cu rrent.   Bac kste p p in con t ro ller  u ses  the  no n-l i near  e q u a ti on o f   a i n d u cti o n   m o to an th lin ear  dy nam i cal   e qu ati o n s   o f   tw o-m a ss   s y s t e m ,   t h e   L y a pu no an alys is   a nd   t h e   errors   b etween   t he  r eal  a nd   t he  d esi r ed  v al ues.   T he  c ont roller  has   b een   im plem en t e i n   b ot s i m u l a ti o n   a nd   h ard w a r e - in-t he-l oo (HIL r eal-t im exp e rim e nt u s in g   T yph oo HIL  40 system ,   wh en  t he  d riv e   s y s t e m  o p e r a t e s   at  a   s t a ble  speed   (rot o fl ux   i con s t a nt and   great er  t h a rat ed  s peed  (fi e l weak enin ar ea).   Th s i m u la ti on  an H I resul t s   p r esent e th c orrect ness   and   ef fect iv eness   of   t h e   c on troller  i s   p ro po sed ;   f urt h erm o re,  c o m pared  t o   P I   m e th od to see t h e res p o n s e  of t h e s y stem cl early. K eyw ord s :   B ack st epp i ng  c o n t r oll e r   D r ive  ind u c t i o n m o tor   P e rform a nc of stat o curr ent   R e d u c ed -o rd e r  mat h e ma t i c al   mode    Two-m a ss system   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Ng uy e n  Ph ung Qu an g ,   In sti t ut e   f o r Con t ro l   Engi ne eri n g   a n d   Au t o ma t i on - IC EA,    Ha n o i   U n iv ersi t y  o f S c i e n c e   an d   Te c h nol ogy,    N o .1,   D a i   Co  V iet R o a d ,   H a Ba  Trung,  H a n o i ,   V i etna m.   Em ail:  qua n g .n gu ye np h u n g @ hus t . ed u.v n       1.   I N TR OD U C TI O N    The   tw o-m a ss  sys t em   w i t fle x ib l e   s haf t   c a n   b e   fou n d   i m a ny  i n du st ri al   a p p l i c a t i on s   su ch   a ma chine   t o o l s,  r oll i n g -m ills,  rob o t   a rm s,  c on ve ye be l t s ,   e tc.  D u to   t he   f i n it e   s tiffness  a nd  da m p i n g   c o eff i ci ent s   o th e   sh a f t ,   t h e   s p e e d   o sc ill a ti o n   o f   t h d r i v s ys tem   i s   i n e vita ble   a n m a ca u s e   de t r im enta l   in flue nce s   on  no t   onl t h e   q u al ity  o t h p r od uc t s   b ut  a l s t h e   m e c ha ni ca an e l ectr i ca l   com p o n en t s   o th e   dri v sy stem He nce,   s pee d   c on tro l   d es ign  for  t h ese  drive   sys t e m s  p l a y s  a  k e y  r o l e   i n   i m p r o v i n g   t h e   s y s t e m   cha r ac t e ris tic  a nd   p ro d u ct q u al i t y .   S u ppres si ng  t h sha f tors io na vi bra t i o n,  r eje c t i ng   t he   l oa di s t urbanc e   tor que   a n d   t r a c k i n t h r e fe re nc s p ee are   m a in  g oals   o the   c on t r o ller   [1-4] .   H ow e v er,   these   ta sk a r no ea sy  t be  a c h ieve d u t o   t he  f ac tha t   n o t   a ll  sys t e m   s ta te  v a r ia bles   a re  a va ila ble.   F urt h erm o re unkn ow n   no n l i n ea ri t i e s  such  as fric tio and ba c k las h  m ay  a lso c a use   und e s i r a b l e  ina cc u r ac y   f o r t h e c o n t ro l   syst em.     Vari o u s   c o n t r ol   s c h emes  h ave  b e en   d e v e l op ed   i n   t h l i t e rat u re   t o   su p p re ss   t he  t orsi ona v i bra t i o of  t h afo r emen t i o n e t w o - mass   s y s t e m.  O b v io u s ly th cl a s si cal   c a sca d s t ruc t ure   us in g   pro port i ona l-i n t e gra l   (PI)  speed  controller  i s   t he  m os po p u l a c ontr o l   sc h e me H o w e v er th is  m e t ho c a n n o t   effec tiv el s u ppre s s   the   v i brat io s i nce   the   P I   c o n tr ol ler  d o e s   n ot  h a v e n ou g h   d egr e e -o f-fre edom   t o   ha n d le   s uch   h i gh   o r d er   dy nam i c   sys t e m   l ike  t h i s   [ 5] Th us,  adva nc e d   c o n t ro te c h n i q u e s   s uc as  s lid in mo de  c ontr o l,   f l a tne s s- base con t ro l,  a dap t i v con t ro l, a nd  fuz zy  a da p t i v e   c ont r o l   are   a l so  em pl o y e d  t o ge t   b e t t e r  pe r for m a n ce  [6-1 1].     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N 2088- 86 94       Back step p i n g   c o n t r o of tw o- m a ss  system   us ing i n d u c tio n m o tor driv fe d…  ( N guy en P h u ng Q u a ng)   72 1 I n   t his  r e sear ch,   t h f i e l d- or i e nte d   c o n tr ol  ( F O C )   w hic h   h a s   b e en   w id el u s ed   i n   in du st ri a l   i nv ert e rs  is  u se t o   c o n t r ol  t he   i nd uc t i on  m o t o r   of  t he   d r i ve  s y s tem   [ 12] .   Base d   o a n   o bse r va t i on  t h a t   i f   t h e   r e sp onse   of   t he st a tor   c u r r e nt   c o n tr ol ler   is  f a s t   e n o u gh,   t he or d er   o t h e   t w o -ma ss  dy nam i s y ste m  ca n   b re d u ce d   from   7t to  3 r d   i n o mina s p e e d   r a nge  a n d   f r o m   7t t o   4 t h   i f i e l we ak eni n g   ran g e.  C on se q u e n t ly t h co nt rol   de sig n   f or  t he  r educ e d   o rder   s ys tem   can  b simp li fie d .   S i n ce  th dea d -be a co ntr o l l er,   whi c f o rce s   t h e   s tat o c u r r e nt   t i t d e sir e val u in   f i n it e   s t e p ,   ha a l r e a dy  s u c c e s sfu l l y   b ee d e vel o ped  f o r   t h e   stat or   c ur r e nt   l oo in   o ur   p r e vi o u s   s tu dy   [ 13] ,   the   r e ma i n i n g   ob jec t i v o f   t h i r e s e a r c is  t o   ach ie ve   a   h ig d yna mic   spe e d   c o n t r o l   with  t o r sio n a l   o sci lla ti on r e d u ct i on fo r   the  drive sys t em .   In   t hi p a p e r,   a   b a c k s t e pp i ng  c o nt rol   al go rit h i s   p ropo sed   to   co n t ro t h loa d   s pe ed  o two-m a ss  sys t em s.   F or   a c h ie v i n g   t h i s   g o al,   tw o- bl oc c o n t r o st r a te gy   i s   p rop o se d.   I is  b ac kste p p i n con t ro l   a l g o r i t h m   f o r   l o a d  s p e e d  a n d  m o t o r  s p e e d .   O n  t h e  o t h e r  h a n d ,  r o t o r   fl ux  c o ntr o is  d es ig ne ac or din g   t o   b a c k st epp i n g   co nt rol   alg o r ithm.  G en erat i n g   t h d e si re mot o to r que   b dea d - b ea cur r ent   co n t r o l,   n ot  o n l y   g u a ran t e e s a ccu rat e  lo a d   sp eed  b ut  a l s o   p r oves   t h e   st ab ilit y   o f   t he  s ys t e [14,   15] .         2.   MO DELI N G   O DRIVE  S YSTE 2. 1.   M a thematical model  o f th ree  ph as e induction  m otor   I n   f ie ld  s yn c h r o n o u c oor d i n a te,   t h t h r e e- p h ase   in duc t i on   m ot o c a nb e   d e s c rib e by   t h e   f ol l o wing   dy na mic  eq ua ti ons  [ 1 2 ] .      ( 1 )     In   w hi ch ; sd sq ii  a r e dq   c om p one n t o f   t he   s tat o r   c u r r e nt;  , s ww   a r e   m ec h a ni c a l   roto ve l o city   a nd  synchr onous  s p eed,   respec ti vel y ,, , rd r q yy a r dq  c o m pone n t of  t h e   r ot or   f l u ; s   i s   tota l   lea k a g fa ctor r T is   r o tor  ti m e   c ons tat : sd u sq u are dq   c om po nen t o f   t he  s ta tor   v o l t a g e;  s L is stat o r in d u cta n c e It  c a n   b se en   t ha the  ori g i n al  s ta te  ( 1)  i bil i n ea and   is  o 4 th   o rd er.   Assu me  t h a th c u rrent  c o n t r o ller   is  p e r fec t   w it id ea r e sponse,   t he  i n d uc t i o n   m ot or   mode l   can  b reduc e d  a s:     ( 2 )     W h ere:    22 3 ; 2 pm rd m mr zL ik LL J y ==   In   w h i ch ,   , mr LL is  m ut ua l,   r ot or   i nd ucta nc e ;   m i is  v e c t o r   of  m a g ne tiz ing  c u rre nt;  L m is  t or que  l oad ;   p z is  n umbe r   o f   p ole  pa ir s;  J is  t or que  o f   i n er t i a;    The  s t a t (2)   i s   o 2 nd or der ,   s ta tor   c u r r ent   i sd   is  u se t o   c o n t r ol  t he  m o t o r   f lu a n i sq   i de dica te t o   spee c ontr o l.     2. 2.   M o del  of the   t wo- m ass system  Ty pica c o nf i g ur at io of  a   t w o - m a s syst e m   s how   a F i gur e   1:      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
           ISS N :   208 8- 8 6 9 4   I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :  7 20  –   7 3 72 2   1 J 2 J c d Mo t o r Lo a d L m 1 11 1 n  2 22 2 n  M m M m Sh a f t IM     F i gur 1.   T yp i c a l   c on f i g u r a t i on  o f   a   t w o - m a ss  system       T h e   t y p i c a l  c o n f i g u r a t i o n   o f  a  t w o - m a s s   s y s t e m  i s   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e  1 .   T h e   s y s t e m  c a n  b e   de sc r i bed  b y   t h e   f oll o w i ng  l i n ear   dynam i ca l   equa t i o n [ 2 ] .      ( 3 )     Where :     12 ,   A r e   motor   spe e d,   l oa s p eed ;   12 ,    are   m o t o r   and   loa d   a n g l e   ac cele r at io n ;   is  a ng le d is   shaf t dam p in g coe f fic i e n t;  c i s   s h a ft stiff n e s s .   Whe n   t he   d r i ve  s ys tem   o p e r a t e s   a f i e l d   w e aken in r a nge,   t h e   ma the m a tic al  m o d el  o t h e     sys t em  is [2].     ( 4 )     For   contro l de s i g n   p urp o se,  term ( 4) is r e written  in  t he  fol lo w in g sta t e- spa ce  form  ( 5 )     W ith :    ( 6 )           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N 2088- 86 94       Back step p i n g   c o n t r o of tw o- m a ss  system   us ing i n d u c tio n m o tor driv fe d…  ( N guy en P h u ng Q u a ng)   72 3 3.   BACKSTEPPI NG  C O N T R OL DESIGN FOR  T H E   FLUX  AN D   S PE ED C O N TROL  B a se o n   [ 13]   a n d   t he   c o n ce pt   o f   the   bac k ste p p i ng  des i g n   f or   i n d u c ti on   m ot o r   [ 10 ],   t h e   p ropo sed   c o n t r o l   sc he me   f or   t he  t w o - m a s system   u s i n g   i n d u c t i o mot o r   fe b y   V S I   w it p e r f ec s t at or   c ur r e nt  c o n t r o ller   is  s how i n   F igur 2.         F i gur 2.   B l o c k   d ia gr am   c ontr o of  t w o - m ass  system       I n  this   se ct i o n,  a   b a c k ste p pi ng  con tr o l   s ta ge g y   i pr op ose d  t c o ntr o l the   r o tor   f l u x  a n d   s pee d  l oa d o f   tw o- m a ss  sys t e m   w i t h   f l e x i b l e   c o upl in gs.   T h i s   p aper   p r e sente d   t he   i n d u c t io mo t o r s   o pe r a te  a r a te r e qu i r e   sp ee d   is  g reat e r   t h a n   th rated   s p eed;  t h e refo re,   th flux   m u s t   b r e d u ce d   to  e nsur t h a t   t he  p ow e r   s up ply  is   n o t   ov erlo a d ed.      3. 1.   Flu x   c on t r ol le r   d e si gn   S i nce   r o t o r   flu x   m agni t u d e   a re   our   c on tr ol  v ar i a b l e s ,   t h e   tr a c k ing   er ro rs ar e  d efin e d  b y:     * 1 mm zi i =-  ( * m i   i t h e d e sired v a lu e of   f lux   (7   tak i ng  t h e   der i va ti ve  o b o th  s i d e s   o ( 7 )   G i ve s:      ( 8 )     w e   c an  s e e   t ha ( 8 i s   t h e   n on- li nea r   e qua t i on (, , ) d ft dt = x xu   wh ere:  1 z  is the   sta t variab le sd i   i t h e   i n pu si gna ( o r   con t r o si gna l) .     to  s tab i lize  t h f l u x   s i g na l   giv e by  ( 8 ) ,   t he  c and i date  L yap u n o v   f uc t i o n   can  b def i ned  a s   f oll o w i ng :    ( 9 )     w h ic the  de r i vat i v e   of   ( 9)   i s:     ( 10)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
           ISS N :   208 8- 8 6 9 4   I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :  7 20  –   7 3 72 4 Th e   Ly apun ov   s t a bi l ity   c ondi t i o n   can   b e   ve ri f i ed   i t h e   st a b il i z a t i on  fu nct i on    i c hose n   a s   fo llows :        ( 11)     wh ere  1 c  is the  p o s i t i v e   c onsta nt  d es ig n   t h at i s de t e rm ine   the  clo s ed-l oo p   dyn a m i c S ubst i t ute  ( 11)   i nt ( 10)   Res u lt  i n :     * 11 m sd r m r di ic T z i T dt =- + +     ( 12)     w i t h   ( 13)     The  ( 12)   a show n :     * * 11 m sd r m r di ic T z i T dt =- + +   ( 14)     so,   the  * sd i   i the  ac t u a l   c o n t r o s i gna l,   t he  c o n t r o l   r u le  f or   t he   f lu co ntr o lle r.    3. 2.   S p e e d   c on t r oll e r   d e sign   For   de si g n i n g   t his  no n line a c ontro law,   i is  a ssume tha t   a l fe e dbac k   s i gna ls  f r o m   t h m o t o r ,   t he  shaf a nd  t h l o ad  s i d e s   a r e   a vai l a b l e   i th is   s ect io n.   A F i gu re   3   s ho ws,  t h e   p r opo sed   ba ck st e ppi ng   c on t r o l   a l g o r i t h m   i s  de s i g n e d   i n  tw o  s t e p s .   I n  e a c h   s t e p  a  s u b s y s t e m  w i ll be  s t u di e d .   Eac h   s te i n clu d es  t he   d y n a m i cs  o f   t h e   p re vio u s u bsy s t e ms  f or  b a c k s t e ppi ng  t e chni qu e.  S e l e c t in pr ope r   Lya p u n ov  fu n c t i o n   f or   eac ste p gua r a ntee s   t h asym p t o tic  s ta bi l i t y   o the   r e l a te su bs ys t e m.   C om p l et ing   a ll  t w ste p s,  r e s u l ts  i n   no on ly  t he   a s y m p t o tic   s ta bil i t y   o f   the   w h o l e   sy ste m ,   but   a l s the  de sir e in pu ( m ot or   t or que)   la w   for   a ccur a te  l oa d   spee c ontr o l.       Fi r s t   s t e p S e c ond   s t e p 1 2 21 x 12 x * s q ui     F i gur 3.   B l o c k   d i a gr am   o f   t w o- step  b ac ks t e pp i ng  c o n t r o alg o r i th m o f  a two -mass sy stem      The  sp e e d   c on t r ol  e q u a t i on  is  g ive n       ( 15)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N 2088- 86 94       Back step p i n g   c o n t r o of tw o- m a ss  system   us ing i n d u c tio n m o tor driv fe d…  ( N guy en P h u ng Q u a ng)   72 5 The  (15)  h as trian g u lar   for m   a s foll ows:         ( 16)     the s e   two ste p   f or  d es ig nin g   t he  bac k s t e p p in con t ro l law  are   m enti o n ed  i t h e   f o ll ow i n g:     Ste p  1:   ap p l y t h bac k s te p p i ng fo r   lo ad spee   S i nce   loa d   s pe ed  m a gnit u de  a r e   our   c ontr o va r i a b les,   t h e   t r a ck in g   erro rs are d ef in ed  by:       (   I s   th referen c e lo ad   s p e ed )   (1 7 )     tak i ng  t h e   der i va ti ve  o b o th  s i d e s   o ( 17)   G i v e s :         ( 18)     to  s tab i lize  t h f l u x   s i g na l   giv e by  ( 1 8) ,   the c a nd i d at Lyap u n o v   f uc t i o n   can  b def i ned  a s   f oll o w i ng :        ( 19)     w h ic the  de r i vat i v e   of   ( 19)   I s:         ( 20)     the n :       ( 21)     the  (2 1)  I s r e sult   i n :        ( 22)   Th e   Ly apu nov  st a b il ity   c on di t i o n   c a n   b e   v eri f i e d   i f   t h e   s t a bil i za t i on  f u nc ti on  2 () Vz  i s   c h o s e n  a s   fo llows :       ( 23)     wh ere  d  is the  p o s i t i v e   c onsta nt  d es ig n   t h at i s de t e rm ine   the  clo s ed-l oo p   dyn a m i c s.   F r om  ( 18)   a nd  ( 1 5 )   W ob tai n :         ( 24)   the n         ( 25)     so  l oa spee s how a s :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
           ISS N :   208 8- 8 6 9 4   I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :  7 20  –   7 3 72 6    ( 26)     Ste p  2:   ap p l y t h bac k s te p p i ng fo r   mo to r  sp eed  ( ) :     S i nce   loa d   s pe ed  m a gnit u de  a r e   our   c ontr o va r i a b les,   t h e   t r a ck in g   erro rs are d ef in ed  by:       (   I s   th referen c e mo t o r   sp eed)  ( 2 7 )     tak i ng  t h e   der i va ti ve  o b o th  s i d e s   o ( 27)   G i v e s :         ( 28)     To  s t a bil i ze   t he   f lu s i gna l   g i ve n   by  ( 2 8) ,   the  c a n d i da te  L ya pu no fu c tio c a n   b e   d e f in ed   a fo llow i n g :     22 12 1 11 22 Vz z =+    ( 29)     w h ic the  de r i vat i v e   of   ( 29)   i s:       ( 30)     the n   s u b sti t u te   ( 15)   a nd  ( 28)   i nt ( 30) ,   w e   g et         ( 31)     the  (3 1)  i result i n :       ( 32)     so,   the  * sq i   i the  ac t u a l   c o n t r o s i gna l,   t he  c o n t r o l   r u le  f or   t he   s pee d   c on tro ller .     3. 3.   De si gn  t he   r e f er en ce traj ectorie s   Whe n   d es ig n i ng  t h co n t r o ller ,   w usua lly  s et  t he   d e s ir e d   v a l ue   t a   c o nst a nt   ( st e p -b y - st ep  tr a j e c t or y) .   A t  the   f i r st i nte r va l of   t ime ,  the  la r ge de v iat i on  will cause  a   large  input  r equir e m e nt . However, the  re sp on s e   o the   ac tu a t o r   i fi ni t e it   i un li k e ly   t h a t   th e   c o n tro l l e will   m ee t h re q u irem en ts.  Th us  t h e   ba ck ste p pi ng  con t r o l m e th o d   w i l l "so f t e n" t h e   d esir ed  s i g na l   b y  c ha ng ing  t h e de s i r e si g n a sl ow l y  so  th a t  t he   r e spo n se   o f   the   sys t em   i s o ft   a nd  be tter .   F or   t h i r e a s on,   t he   s ec o n d   or der   is  c ho se f o r   de sig n i n g   t he   r e fe renc tra j e c tor i es.   Beca u s e   the  c o n t r o rules  a r r e pre s ent e d   i ( 14)   A nd  ( 3 2 )   U se  t he   f ir st  o r d e r   d e riv a tiv e t h e fo rm  o f   t r ajecto ries   * m i  an d   * w  will  have  to be  f irs t  orde r   d i f fere n t i a b l e .     Fl ux refere nc e t r ajec tory   des i gn ing  * m i    () * 22 2 11 1 () 11 () 1 2 1 m d m is is T s T s Ts == ++ +    ( 33)   wh ere:  1 T   i s time   cons ta nt * m i i s  out put  o f   f l ux  ref e r e n c e  t raj e c t o r y;   d m i is  i n p u t   o f   fl ux  r e fe r e nc tr a j ect or y.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N 2088- 86 94       Back step p i n g   c o n t r o of tw o- m a ss  system   us ing i n d u c tio n m o tor driv fe d…  ( N guy en P h u ng Q u a ng)   72 7 The r ef or e,   on  the   time   dom a i n:    2* * 2* 11 2 2 d mm mm di d i TT i i dt dt ++ =     ( 34)     tr a j e c t or ies  of  f l u r e f e r e nce:         ( 35)     Spe e d  re f e re nc e  tra j e c t o ry de sign i ng  * w   () * 22 2 22 2 () 1 1 () 1 2 1 d s sT s T s Ts w w == ++ +       ( 36)   wh ere:  2 T   i s   time  c o n s t a nt;   * w i s  o u t p u t   o f  s p e e d  r e f e r e n c e  t r a j e c t o r y ;   d w i s   i npu t   o f   s p eed   r e f ere n ce  tr a j e c t or y.   T her e for e ,   on  the  tim doma i n:     2* * 2* 22 2 2 d dd TT dt dt ww ww ++ =    ( 37)   tr a j e c t or ies  of  f l u r e f e r e nce:      ( 38)       4.   RESU L T  AND  A NALYS I S    I n   t hi sec t i o n,   t he  p r o p o se co ntrol  s t rategy   i verified   b y   s i m u l a t i o n   usin g   Ha r d wa re-i n - th e - Loop  ( H IL ).  T h e   p ro po sed   con t r o is  a lso   v e rified   i n   Hard ware - i n - th e -Loo p   ( H I L )   en v i r o nmen t   u s i n g   a   Typ hoon  de v i c e   i F i g u r 4.   T his  de vi c e   c onsis ts  o a n   H I L 4 0 car t h at   s imu l a t e s   g r i s our ce ,   l o a d ,   a nd  thr e e   ful l - br idge   w i t h   a   c om mon  D C - l in ca pac i tor   using  I G BT s.   T he   s ys tem   ha rdwar e   i simu la te i n   r ea l   time   on  t h H I pla t f o r m   w it t i m e   s t e of  1   μ t h at  m eans   ver y   n e a r l ph ysic al  m o d el,   w h i l the   p u l se   w i d t h   m odu la tio ( P WM)   car r i er   f r e que nc y   is  5   k H z .   V o lta ge   a nd  c u r r en c o n t ro lle rs  a we ll  as  P LL  ar im pl e m e n te i n   D SP   T MS 320F 28 08  ca r d .   The  simu la ti o n   p ara m e t e r for  r a ted  p o w e r:  0 . 5kW r a ted  pha se  v o l tage 2 2 0   V RMS ;   r ated   f r e que n c y:  5 0 H z;  d =0. 3 13N m / r a d/s ;   c =3 00 00 0N m / r a d.   S i mulat i o pr o c edur e   is  a fo l l ow s:    A t   t  =  0s,   t he   m agne tic   c ur r e nt   i cr e a te d.   T he n   a t   t i m e ins t a n c e  t  =  0 . 4 s ,   t h e   m o t o r  s t a r t s   t o   s p e e d  u p   to  250 0r pm.   At t= 1 s,  the  f u l l o a d   i s in ser t e d .   A t   t   =  1, 4 s,  th m o tor   i s  co n t inue t o  spe e d  up to 35 0 0 r p m   w i th   f u ll  loa d .   F i na l l y,   t he  m o t or   s tar t t o   c ha n g e   the   r o ta t i ng  d i r ect io wi t h   a   r e f er ence   s pe ed,  i.e,   2 5 00rp m at  time instan ce t = 2 . 0 s.   The  s i m u la t i on  r e sults  o f   the pr o pose d   m e t h o ar e pr ese n te an d   c om par e to those   ge t t i ng  f r o t h e   c o n v e n t i ona l   P I   c ontr o ller   t o   e va lua t t h ad van t a g e   of   t he  b ac kst e pp ing   me t h od The r e sp o n ses  of ma gne tiz in g   cur r ent  a r e s h ow n in   F ig ur 5.  Bot c o nve n tio na l P I   a n d   b ac kste pp in me t h od sho w   s t a b l op era tio not   onl i n   n o m i n al   b u t   a l s o   fi e l d   we ak eni n ra n g e Ho wev e r,  i t   can   b obs er ved  tha t   t he  b ac k s tep p i n g   g ive s   b e t ter   t r a n sie n t   r e spo n s e,   i . e . ,   w itho u t   o ver s h o o a s   s ee i n   F i gur e   an shor ter   sett l i n g   t i m e   ( 0. 2s  i com p ar is on  w i t h   0 . 35s  f or   P I   c o n tro l ).   The  res p o n se  o t h t o rque spee as  w e l l   as  t orq u e   ri p p le   o t he   m otor   a r e   s h o w n   i F i gur 6.   A s   c a be  obse r v e d,   t he  t or q u a nd  s p e e d   q ui ckl y   m a t c h   t he ir   c om m a nds  f o r   b o t m e th o d s.   N eve r the l e s s,   t he  ba ck ste p pi ng  a l w a ys  s h o w s   b etter   per f or ma nce,   i . e ,   lo w e r   tor que   r ip ple  a nd  s h orte acc eler at ing  tim e,  a c a n   be   s ee i n   F i g u r 7.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
           ISS N :   208 8- 8 6 9 4   I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :  7 20  –   7 3 72 8     F i gur 4 P i ctu r of ha r dwar e HIL pla t f o rm       F i gur 5 Ma g n et i z ing  cur r en t r e spo n se           F i gur 6.   S p ee and  t o r q ue  r espo nses     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Bac k s t ep p i n g   c o n t r o l   of t w o-m a ss  system  us in g i n d u c t i o n m o t o r dr ive  f e d… (N gu yen  P h u n g  Q u a ng)   72 9   (a)   (b)     F i gure   7 .   C hart  of torq ue  a n d  spe e d  r espo nse s , (a) torque  r espo nses,   (b)   s peed  r espo nses       5.   CONCL U S ION  I n   t h i paper ,   t he  t w o -m ass  s y s t e m   w it fle x i b l e   c ou pl i n g s   c om p rises  of  a ind u c t i o m o tor  a nd  a   loa d   i co nsi d ere d A t   t he   m ot or  s ide ,   t he  c urr e nt  r esp o n s is  a s sum e to  b ide a l e a d i n t o   a   s imp l i f ied   mode l.  B a c k s t e pp i ng  c o ntrol   is  e mp lo ye to   s o l ve  f lu a n d   spe e d   c o n t ro pro b l e o f   t he   s ys t e m.   T he  s ystem   ca ope ra te  a fie l w e a k e n in r e g i on.  T he  s i m ula t i on  re su lts  s how   t ha high   d y n am ic  a n d   s up press i on  of  t h e   me cha n ic al osc il la t i o n   o f t h e   d r ive  system   can  b e a c hie v e d     ACKNOW LEDG E MEN T S   The   a u th ors  w o u l like   t o   t han k s   I n sti t ut e   for   C o nt r o En gine er i n g   a n d   A u tom a tio of  H N o i   Uni v ersi ty o Scie nce  a nd T ech nol ogy  f o r  t he i r  assi st an ce     REFE RENCES   [1]   J. Arellano-Padi l la,   G.   M .   A s her , and  M.  S u m ner,  " Control   o f   a   dynam o m e t e r f o dyn am ic  e m u l a ti o n   o mech ani cal  loads w ith  s ti ff  a nd fl e xi b l sha f ts, "   IEEE  T r an s. In d. Ele c t ro n , vo l .   5 3 (4 ), p p.  1 25 0– 12 60 , 20 0 6 .   [2]   Gh azanf e Sh ah g h o lian ,   J aw ad  F aiz,  P egah   S h a f a g h i,  " M o del i n g   a n S i mulation  of   a   T wo -M ass   Res onan t   S ystem   with  S peed  C ont r oller,"  In te rna tio na l J o ur na l o f  In fo rma tion  an Ele c t ron i c s  En g i n e e r ing vo l .   3 ( 5 ),    S e pt emb e 20 13 [3]   Mattias  Nordin,  " P er-Ol o f   Gutman   C ont roll i n mechanical  s ys t e ms   w it b ackl a sh—a  s u r vey, "   A u to ma ti c a v o l .   3 8,   pp .   1 633 –1 64 9,  200 2.   [4]   Y.  S K i m,  S .   B.   K im,  J.  S K i m,  C H.  Y oo ,   H.  J Kim,"   Two   d e g ree  o f   f reedo m   s peed  c on tro l   o f   in du c tio m o t o h a ving  two  ma s s   re so na n t   s ys te m , "   IEEE /IE C ON ,   vo l. 2 , p p . 12 1 0 - 12 1 5 , Au g . 1 99 6.  [5]   K.  S zab at  a nd   T Orl o ws ka-K o w alsk a,  " V i b r ation  s u p p ressio n   i t wo- m ass  drive   system   u s i ng   P I   spee controller   and additional fe edback s— Comparati ve study, "   I E E E  Tran s.In d.   Ele c t ro n .,   v o l .   54(2),   pp 11 93 –120 6,   2 00 7.  [6]   Karro W r obel,  "F u zzy  adap t i v e co ntro of n on lin e ar t wo-m ass s y st e m ,"   Internation a l Journa l  of  P o wer  E l ec t r oni c s   an d D r i ve Sys t e m s   ( I JPE D S) ,   vol. 1 (2),   R etri eved  from  DO I:1 0 . 5 2 7 7/ PED1 60 208,  S ep tem b er  201 6.   [7]   K .   E r e n t ur k ,   " N o n l i n e a r   tw o - ma ss   s ys te c o n t r o w i th   s l i d i n g m o d and  o p t i mis e pro p o r ti onal - in teg r al  d eri v ati v e   c o ntrol l e r   c omb i n e d with   a  g re e s ti ma tor , "   Cont rol Theory  &   Ap plicati ons,   IE T , v ol 2 ( 7),  p p 635–6 42 ,   J u l y   2 008.   [8]   S .   T hom sen,   F .   W.   F u c hs,   "Des ig and  anal ys is  o f   f l at ness-b a s ed  c on trol   a p p ro a c h   f o sp eed   c ont rol   o f   d ri ve  sy st e m s   wit h   e lastic  c ou pl ings  a nd   u ncertai n   l oad s , "   Pro ceedi n g s  of  th e 2 011  1 4 t h   Eu rop e an  Co nfer ence  on  Po we El ectron i cs  and  Applicat ions . 20 0 1 .   [9]   Em re  S ari y ildi z Haoy on Y u ,   Tak a hiro   N ozaki ,   T os h i yuk M u rakam i,  " Ro bu st   V ibra t i o n   Co nt rol  of  T wo - M a s s   Reso nant  S y s te m s  in Stat e S p ace,"  IE EE Ad v a nced  M o ti on Contro April  22-2 4 ,   A u c klan N e w Z ealan d,   2 01 6.  [10]   Jacek   K abziń s k i P r zem ysław  Mo siolek " A dapt iv Co nt rol  of  T wo - M a s s   D ri ve  S ys te m   wit h   N onl in ear  S t i ff ness, "   Pr zeglad  El ektr o t echni czn y ,   ISSN  003 3-2 0 9 7 R.   9 4   NR  3 /2 01 8,  doi :1 0 . 1 5 1 9 9 / 4 8 . 2 01 8. 0 3 . 0 9 ,   S e p t em b e 20 16.   [11]   R.  G un abal a n V.  S ub b i ah " S p eed  S en so rless  V ecto r   C on trol  o f   I ndu cti o n   M o t o Dri v wit h   P an F u zzy   Controller,"  Interna t i o n a l Jou r nal  of  Po wer  Electr onics  a nd  Drive  Sys t em ( I J P ED S),   vol.   5(3 ) ,   p p .   3 15-3 2 5 ,   I S S N :   20 88 -869 4,   F ebruary   20 15 [12]   N.  P Quan and   J . -A.  D itt rich "Vect or  c ont rol   o f   t hree-ph ase  AC  m ach in es  -   S ys tem   devel o p m e n in   t he  p ract ice,  2nd edition , "Sp ri nger, 2015.   [13]   Ng uy en  P hu ng   Q u a ng ,   Vo   T h a nh   H a,   T ran  V u   T run g ,   "A  n ew  c o n t r ol   design   w ith   d ead -beat   b eh avio f o stator  curren t   v ecto r   i three  ph ase  AC  d riv e ,"   SS RG In tern atio na l  J o ur na o f  El ectrica l a n d   Elect ro n i cs  E ngineer ing  ( SSRG-IJEEE),  vo l.   5 (4 ),  I S S N:23 49-9 1 7 6 ,   Apr  20 18.   [14]   M i rh a m ed   M ola,  A lireza  Kh a y a t i a n,  M aryam   D e hg han i "Ba c k s t e pp in g   P o siti on  Co ntro o f   T wo-M ass   Sy st ems  with   U n known , "   IE E E   9 78 -1-4673 -57 6 9 - 2 / 1 3 / $31. 0 0   © 20 13 [15]   M a rou a n e   E Azzaou i Has s an e   M a hm o udi,  K a rim a   B oud araia,  " Bac k s t e ppi ng   C o n tro l   o f   Wind   a nd   P h o to vo lt aic  Hy brid   R en ewab le  E nerg S y stem ,"  In tern atio n a l Jour nal o f   P o wer El ectr oni cs  an d Drive Syst ems   ( I JPEDS) vol .   7(3 ) ,   p p .   6 77 -686,   S eptem b er  2 0 1 6.   10. 52 6. 5 0 5 10 15 Ripp le  t or qu e   ( % ) PI  c ontrol Ba ck st e p pi ng  co n t r o l 0. 5 0. 7 0. 2 0. 25 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 A ccele r a tin g time (s) Re v e r s t i m e ( s ) PI  C on tro l B a c k s t ep pi ng  c o n t ro l Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.