I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7 ,   p p .   1 9 1 9 ~ 1 9 3 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 4 . pp 1 9 1 9 - 1931          1919       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   The Co m bina tion  of New ton - Ra phso n Metho d and     Curv e - Fi tt ing  Me thod for  PWM - ba sed Inv erte r       M a j dee  T o hta y o ng 1 ,   Sh er o K ha n 2 ,   M a s hk uri Y a a co b 3 ,   Siti  H a j a Yus o f f 4 ,   Nur  Sh a hid a   M idi 5   M us s M o ha m ud   A h m ed 6 ,   F a ww a Wa f a 7 ,   E zz idi n Abo a dla 8 ,   K ha iril A zha Azna n 9   1 De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   P rin c e ss   o f   Na ra d h iw a s Un iv e rsit y ,   T h a il a n d   2, 3, 4, 5 , 7, 8 , 9 De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   I n ter n a ti o n a Isla m ic Un iv e rsit y   M a la y sia ,   M a la y sia   6 De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g i n e e rin g ,   Un iv e rsiti   M a la y sia   S a ra w a k ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 9 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Oct  2 8 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   No v   1 2 ,   2 0 1 7     T h is  p a p e p re se n ts  th e   c o m b in a t io n   o f   tw o   d iff e re n m e th o d to   p e rf o r m   th e   w a v e f o r m   a n a l y sis  f o P W M - o p e ra t e d   in v e rter.  T h e   tw o   tec h n iq u e a re   Ne w to n - Ra p h s o n   m e th o d   a n d   C u rv e - F it ti n g   a a   P W M   c o n c e p to   o p e ra te  P W M - b a se d   i n v e rter,  th e   p r o p e s o lu ti o n o f   sw it c h in g   a n g les   c a n   v a lu a te t h e   in it ial  v a lu e b y   u sin g   th e   Ne w to n - Ra p h so n   m e th o d   w it h   t h e   w id e - ste p   c a lcu l a ti o n   o f   m o d u latio n   in d ice s.  T h e   so lu ti o n a re   t h e n   c o m p a re d   u sin g   a   c u rv e   in   o rd e to   stu d y   th e   b e h a v io r.   T h e n ,   th e   Cu rv e - F it ti n g   m e th o d   is  u se d   to   e stim a te  th e   m i ss in g   so lu ti o n b e tw e e n   a n y   p o in ts  o f   w id e - ste p   c a lcu latio n .   T h is  c o m b in a ti o n   m e th o d   c a n   e st im a te  th e   p ro b a b le  so lu ti o n s   th a c a n n o b e   so lv e d   b y   Ne w to n - Ra p h so n   m e th o d   i n   a   w id e - ra n g in g   o f   th e   m o d u latio n   i n d e x   a n d   re d u c e   th e   c a lcu latio n   ti m e .   P W M - b a se d   in v e rter,  w h ich   is  o b tain e d   t h e   sw it c h in g   a n g les   b y   Ne w to n - Ra p h so n   m e th o d   a n d   th e   c o m b in a ti o n   o f   tw o   d iff e re n m e th o d s,  is  v e rif ied   b y   th e   si m u latio n   re su l ts  sh o w in g   f a ste p e rf o r m a n c e   with   im p ro v e d   T o tal  Ha rm o n ic  Disto rti o n   (T HD th a n   b o th   m e th o d a lo n e   w h e n   c o m p a re d   th e   sa m e   v a lu e o sw it c h in g   a n g les .   K ey w o r d :   C u r v e - f it tin g   I n v er ter   Ne w to n - r ap h s on   SHEP W M   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ma j d ee   T o h ta y o n g ,     Dep ar te m en t o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   Fac u lt y   o f   E n g i n ee r i n g ,     P r in ce s s   o f   Nar ad h i w a s   U n iv e r s it y   ( P NU) ,     9 9   Mu ea n g   Nar at h i w at  9 6 0 0 0 ,   T h ailan d .   E m ail:  m aj d ee @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     P W M - b ased   I n v er ter   i s   DC - AC   co n v er ter   u s in g   p u ls e - wid th   m o d u latio n   ( P W M)   tec h n iq u to   i m p r o v t h o u tp u w a v e f o r m   w i th   th a i m   o f   r ed u ci n g   t h to tal  h ar m o n ics   d is to r tio n   ( T HD) .   I n   ad d i tio n ,   Vo ltag e - So u r ce   I n v er ter   ( VSI )   an d   C u r r en t - So u r ce   I n v er ter   ( C SI)   ar t w o   d if f er e n t y p es  o f   in v er ter s   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   P W M - b ased   I n v er ter s   ar co m m o n l y   u s ed   in   ap p licatio n s   in cl u d i n g   A d j u s tab le  Sp ee d   Dr iv e   ( A SD)   [ 3 ] ,   Un i n ter r u p ted   P o w er   Su p p l y   ( UP S)   [ 4 ] ,   [ 5 ] ,   ac tiv p o w er   f ilter   [ 6 ] ,   Flex ib le  AC   tr an s m i s s io n   s y s te m s   ( FAC T S)  [ 7 ] ,   [ 8 ] ,   v o ltag co m p e n s ato r s   [ 9 ] ,   an d   r en e w a b le  en er g y   p o w er   g e n er atio n   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   I n   th is   r esp ec t ,   v ar io u s   P W tec h n i q u es  ar p r o p o s ed   s u ch   a s   ca r r ier - b ased   P W tech n iq u [ 1 2 - 1 4 ] ,   ca r r ier - les s   P W tech n iq u e   [ 1 5 ] ,   s p ac e - v ec to r   m o d u latio n   tec h n iq u [ 1 6 - 1 8 ] ,   an d   s elec tiv h ar m o n ic  eli m i n atio n   tech n iq u e   [ 1 9 ]   T h in v er ter s   d ev elo p m e n r e s ea r ch   ch a llen g es  n o w ad a y s   ar in v e s ti g atin g   t h n o v el  P W s ch e m e   an d   ap p l y   it  to   t h r ea l - ti m s y s te m   co n tr o ller .   T h Sel ec tiv Har m o n ic  E li m in at io n   P W tech n iq u e,   SHEP W M,   is   co m m o n   te ch n iq u th at  u s ed   in   v ar io u s   in v er ter   to p o lo g ies  an d   ap p licatio n s .   I n ee d s   m at h e m a tical  m et h o d /alg o r it h m   to   s o lv e   n o n - li n ea r   tr i g o n o m etr ic  s y s te m   E q u a tio n s   to   f i g u r e   o u t h e   v a lu e s   o f   s w itc h i n g   a n g le s .   So m n u m er ical  m e th o d s /al g o r ith m   ar r ep o r te d   in   m a n y   r esear c h   w o r k s   to   s o lv th e s E q u atio n s .   T h ese  m et h o d s   ar Ne w to n - R ap h s o n   Me th o d   [ 2 0 ] ,   Gen etic  A l g o r ith m   [ 2 1 ] ,   Ho m o to p ic    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 9 1 9     1 9 3 1   1920   A l g o r ith m   [ 2 2 ] ,   P ar ticle  S w ar m   Op ti m izatio n   [ 2 3 ] ,   An t   C o lo n y   Op ti m izatio n   [ 2 4 ] ,   R es u lta n T h eo r y     Me th o d   [ 2 5 ] .   T h ese  m et h o d s   ar ass o ciate d   w it h   th i n h er it ed   d if f er en ad v a n ta g es  a n d   d is ad v an tag e s   s u c h   as   co m p le x   p r o ce d u r e,   an d   ex tr p r o ce s s in g   t i m e s .     T h is   p ap er   p r esen ts   th co m b in atio n   o f   Ne w to n - R ap h s o n   m et h o d   an d   C u r v e - Fit ti n g   m et h o d   to   p er f o r m   th e   w av e f o r m   an al y s i s   f o r   P W M - b ased   i n v er ter   a n d   co m p ar es  th r e s u l ts   w i th   th o r ig in al   Ne w to n - R ap h s o n   m et h o d .   P W M - b ased   in v er ter   to p o lo g y ,   SHEP W tech n iq u e,   an al y tical  m et h o d   f o r   SHEPW M   h av e x p lai n ed   ac co r d in g l y   i n   th is   p ap er   an d   s i m u latio n   r esu lt s   v a lid ate  th u s a g o f   p r o p o s ed   m eth o d   f o r   SHEP W M.       2.   P WM - B ASE I NV E R T E T O P O L O G Y   A n   H - b r id g in v er ter   is   u n iv er s al  in v er ter   to p o lo g y   f o r   v ar io u s   p o w er   elec tr o n ics  ap p licatio n s   w ith   f ew   n u m b er   o f   cir cu it  elem en ts ,   also   b k n o w n   as  Fu ll - b r id g e   in v er ter .   T h is   s tr u ctu r in clu d es  f o u r   p o w er   s w itch es   an d   DC   s o u r ce   w h er ea s   Va  is   th o u tp u ter m in al  w h ich   co n n ec ts   to   lo ad   th at  illu s tr ates  in   Fig u r 1 ( a) .   I ca n   g en er ate  th r ee   lev els  d if f er en v o ltag o u tp u ts   s u ch   as  p o s itiv v o ltag e,   +V d c,   n eg ativ e   v o ltag e,   - Vd c,   an d   ze r o - v o ltag e,   its   o p er ated   w av ef o r m s   ar illu s tr ated   in   Fig u r 1 ( b ) .   T o   o b tain   th p o s itiv o u tp u v o ltag e,   Sa1   an d   Sa4   ar tu r n ed   o n .   On   th o th er   h an d ,   w h ile  Sa2   an d   Sa3   ar tu r n ed   o n ,   th n eg ativ e   o u tp u v o ltag is   g en er ated .   Mo r eo v er ,   th er ar tw o   p atter n s   to   o b tain   ze r o   v o ltag e   at  th o u tp u ter m in al  th o s ar tu r n ed   o n   b y   Sa1 ,   Sa3   an d   Sa2 ,   Sa4 .   W ith   th p atter n s   to   o b tain   ze r o - v o ltag is   ca lled   th o v er lap   s ig n als.  Sev er al  P W tech n iq u es  ar p r o p o s e d   f o r   co n tr o llin g   H - b r id g in v er ter   to   p r o d u ce   o u tp u v o ltag w av ef o r m   th at  ap p r o x im ates  clo s ely   to   s in w av ef o r m   w h ich   ca n   r ed u ce   th to tal  h ar m o n ics  d is to r tio n   ( T HD)   o f   th o u tp u t   v o ltag e.       a V 1 a S 2 a S 3 a S 4 a S S V   a V a V k k k k 2 0 1 0 0 0 0 1 12 , aa SS " 0 " : , " 1 " : L o g i c L o w e r d e v i c e o n L o g i c U p p e r d e v i c e o n 34 , aa SS     ( a)   ( b )     Fig u r e   1 .   ( a)   H - b r id g in v er ter   cir cu it a n d   ( b )   its   o p er ated   w a v ef o r m s       3.   SE L E C T I VE   H ARM O NIC E L I M I NATI O P WM   T E C H NIQ U E   T h er ar s ev er al  p u ls e - w id th   m o d u latio n   ( P W M)   tech n iq u es  w er p r o p o s ed   in   th last   d ec ad f o r   co n tr o llin g   VSI   in v er ter   to p o lo g ies  to   p r o d u ce   th o u tp u v o ltag th at  ap p r o x im ates  clo s ely   to   s in ew av f o r m   w ith   r ed u ce d   to tal  h ar m o n ics  d is to r tio n   ( T HD)   o f   th o u tp u t v o ltag e.     SHEP W M,   its   s ch em is   g iv en   in   Fig u r 2 ,   is   th d eter m in atio n   o f   th s w itch in g   p atter n s   b y   s elec tin g   u n w an ted   h ar m o n ics  o f   th ex p ec ted   o u tp u w av ef o r m   to   elim in ate,   n o r m ally ,   th f r eq u en cy   co m p o n en ts   th o s n ea r est  f u n d am en tal  f r eq u en cies  ar s elec ted   to   elim in ate,   b u r em ain in g   th f u n d am en tal  co m p o n en t,  5 0 Hz  o r   6 0 Hz,   b y   co m p u tatio n   o f   th p r o p er   co n d u ctin g   a n g les  ( k )   o n   th f ir s q u ar ter   o f   cy cle  o f   th o u tp u v o ltag o f   th H - b r id g in v er ter   b etw ee n   th r an g o f   0   to /2 it  ca n   b w r itten   in   th f o r m   o f   th Fo u r ier   s er ies  ex p an s io n   o f   th s y m m etr ic  w av ef o r m   g iv en   in   E q u atio n   ( 1 ) .   A s   s y m m etr ical  alter n ativ s tep p ed   w av ef o r m ,   th p r o p er   co n d u ctin g   an g les  o n   th r est  th r ee   q u ar ter s ,   2 nd ,   3 rd ,   an d   4 th   q u ar ter s ,   ar ca lcu lated   b y   u s in g   th p r o p er   co n d u ctin g   an g les  o f   th f ir s q u ar ter   o f   cy cle  as  th r ef er en ce   to   co m p lete  cy cle  o f   w av ef o r m   g en er atio n   is   s h o w n   in   T ab le  1 .     ( 1 ) 1 4 ( 1 ) c o s m k nk k Vn n             ( 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th C o mb in a tio n   o f New to n - R a p h s o n   Meth o d   a n d   C u r ve - F itti n g   Meth o d   fo r   ….   ( Ma jd ee   To h ta yo n g )   1921   m V m V V ac 2 / 3 2 / 2 s i ne  w av e     Fig u r e   2 .   SHEP W s ch e m o u tp u w a v e f o r m       w h er n V   is   th h ar m o n ic  co m p o n en ts , n is   an   o d d   h ar m o n ic  o r d er ,   k   is   th n u m b er   o f   s w itch in g   an g les,  an d ( 1 ) m is   th n u m b er   o f   s elec ted   u n w an ted   h ar m o n ics.  T h f u n ctio n   o f   th s w itch in g   an g les  in   tr ig o n o m etr ic  ter m s   is   d escr ib ed   in   th h ar m o n ic   co m p o n en ts .   I n   ad d itio n ,   th n u m b er   o f   s w itch in g   an g les  in   th co m p u tatio n   p r o ce s s   d ep en d s   o n   th n u m b er   o f   s elec ted   u n w an ted   h ar m o n ics.       T ab le   1 .   T h S w itc h i n g   P atter n   C alc u latio n   Gu id e   T h e   Q u a r t e r s   S w i t c h i n g   A n g l e s   Fi rst   q u a rt e r   1 2 1 , , , , ss   S e c o n d   q u a rt e r   1 2 1 2 1 2 2 1 , , , , s s s s s s   T h i r d   q u a r t e r   2 1 1 2 2 2 3 1 1 3 , , , , s s s s s s   Fo u rt h   q u a r t e r   3 1 3 2 1 4 1 2 4 1 2 , 2 , , 2 , 2 s s s s s s       Fo r   ex am p le,   P W M - b ased   in v er ter   o p er atio n   r eq u ests   to   g en er ate  th o u tp u v o ltag w ith   4   o r d er s   o f   elim in ated   u n w an ted   h ar m o n ics,  3 rd ,5 th ,   7 th ,   an d   9 th   h ar m o n ic  w h ich   ar th n ea r est  to   th f u n d am en tal  f r eq u en cy .   T h is   o p er atio n   n ee d s   f iv ap p r o p r iate  s w itch in g   an g les  f o r   co m p u tatio n   p r o ce s s     ( 1 2 3 4 5 , , , , ) .   Fo llo w in g   th at,   E q u atio n   ( 2 )   is   ter m   o f   th f u n d am e n tal  co m p o n en t.  T h f u n d am en tal  m ag n itu d o f   th o u tp u v o ltag is   d escr ib ed   b y   th r ig h t - h an d   s id o f   th E q u atio n .   A d d itio n ally ,   th Mi   in   E q u atio n   ( 2 )   r ep r esen ts   m o d u latio n   in d ex   th at  is   th r atio   o f   th m ag n itu d v o ltag o f   th f u n d am en tal  co m p o n en ( V 1 )   an d   th DC   v o ltag s o u r ce   o f   th in v er ter   ( V dc ) ,   f o llo w in g   E q u atio n   ( 7 ) .   T h n u m er als  3 ,   5 ,   7   an d   9   in   E q u atio n s   ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ,   an d   ( 6 )   r esp ec tiv ely   ar th n u m b er s   o f   u n w an ted   h ar m o n ics  s elec ted   f o r   elim in atio n ,   ze r o   o n   th r ig h t - h an d   s id o f   th E q u atio n s   ar d escr ib ed .   T h T HD  ca lcu latio n   o f   th o u tp u v o ltag ca n   u s E q u atio n   ( 8 ) .     1 2 3 4 5 c o s c o s c o s c o s c o s 4 -- i M         ( 2 )     1 2 3 4 5 c o s 3 c o s 3 c o s 3 c o s 3 c o s 3 0 --         ( 3 )     1 2 3 4 5 c o s 5 c o s 5 c o s 5 c o s 5 c o s 5 0 --         ( 4 )     1 2 3 4 5 c o s 7 c o s 7 c o s 7 c o s 7 c o s 7 0 --         ( 5 )     1 2 3 4 5 c o s 9 c o s 9 c o s 9 c o s 9 c o s 9 0 --         ( 6 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 9 1 9     1 9 3 1   1922   T o   s o lv th n o n - lin ea r   s y s tem   E q u atio n s   to   f ig u r o u th v alu es  o f   alp h as,  s ev er al  p ap er s   p r esen ted   m ath em atica m eth o d s   o r   alg o r ith m s   s u ch   as  New to n - R ap h s o n   Me th o d ,   Gen etic  A lg o r ith m ,   Ho m o to p ic  A lg o r ith m ,   P ar ticle  Sw ar m   Op tim izatio n ,   A n C o lo n y   Op tim izatio n ,   R esu ltan T h eo r y   Me th o d .   T h o s m en tio n ed   m eth o d s   an d /o r   alg o r ith m s   ar ad v an ce d   an d   co m p licated   m ath em atica tech n iq u es.  Mo r eo v er ,   th r ea l - tim ca lcu latio n   is   h ar d ly   im p lem en ted   d u to   th co m p lex   p r o ce d u r an d   ex tr a - tim e   o f   th ca lcu latio n   p r o ce s s .   Gen er ally ,   th m en tio n ed   m ath em atica m eth o d s   o r   alg o r ith m s   ar ap p lied   o n   th co m p u ter   to   s o lv th n o n lin ea r   s y s tem   E q u atio n s   to   ca lcu late  th v alu es  o f   alp h as  as  g r o u p   o f   n ee d ed   s o lu tio n s   an d   s to r ed   in   lo o k - u p   tab le  as  a   p r o g r am m ed   P W M.   T h u s ,   th ch allen g es  o f   th is   r esear ch   ar ea   ar f o r   r ed u cin g   p r o ce d u r an d   tim o f   ca lcu latio n .     1 V Mi V d c                   ( 7 )     2 21 1 ( 1 ) ( 1 ) 1 ( 1 ) c o s ( 1 ) c o s m k nk m k k k k n n T H D                  ( 8 )       4.   ANALY T I CAL M E T H O F O SH E P WM   4 . 1 .   New t o n - Ra ph s o M et ho d   Ne w to n - R ap h s o n   m et h o d ,   NR   m et h o d ,   is   t h s i m p le s t   ap p r o ac h   a n d   th m o s w id el y   u s ed   to   f i g u r e   o u all  r o o t - lo ca tin g   o f   n o n - li n ea r   E q u atio n   an d   n o n l in ea r   s y s te m   E q u a tio n s   as  w ell.   T h is   m et h o d   r eq u ir es  th in itial  g u es s   s o l u tio n   o r   g r o u p   o f   t h e m   in   th ca s o f   s y s t e m   E q u atio n s .   T h en ,   t h i n iti al  g u ess   s o lu tio n   i s   i m p r o v ed   to   o b tain   b etter   s ec o n d   s o lu tio n   a n d   it  b ec o m e s   th i n itial  g u e s s   s o l u tio n   f o r   th s ec o n d   r o u n d .   T h is   p r o ce d u r is   r e p ea ted   u n til  t h er r o r   o f   th cu r r en s o lu tio n   is   ac ce p tab le  w h ic h   i s   co m p a r ed   to   th p r ev io u s   s o l u tio n .   T h f lo w c h ar t f o r   Ne w to n - R ap h s o n   m et h o d   is   g iv e n   Fi g u r 3       S T A R T G ue s s  a  s e t  of  i ni t i a l  va l ue s   , α ( 0 ) S e t   i ni t i a l  va l ue  of   M od ul a t i on  I nd e x M i   0 . ( M m i n M i   1 . ( M m a x ) E va l ua t e F L i ne a r i z e  e quat i ons S ol ve   , d α | d α |   e r r or M i   M m a x S t or e  r e s ul t s E N D U pda t e d M i Mi = Mi + 0 . 001 Y e s No U pdat e α ( j ) α ( j + 1 ) = α ( j ) + d α No Y e s N e w t on - R a phs on M e t hod     Fig u r e   3 .   Flo w c h ar t o f   Ne w to n - R ap h s o n   Me t h o d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th C o mb in a tio n   o f New to n - R a p h s o n   Meth o d   a n d   C u r ve - F itti n g   Meth o d   fo r   ….   ( Ma jd ee   To h ta yo n g )   1923   I n   t h ca s o f   P W M - b ased   I n v er ter   t h at  n ee d s   m u lti - s w itc h i n g   a n g les   to   o p er ate  th o u tp u t   w a v e f o r m ,   t h Ne w to n - R ap h s o n   m e th o d   p r o ce d u r s tar ts   b y   g u e s s i n g   t h i n itial  s o lu tio n   f o llo w i n g     E q u atio n   ( 9 ) .     1 2 3 4 5 T j j j j j j                   ( 9 )     Nex s tep ,   f o r m in g   t w o   n o n - li n ea r   s y s te m   m atr i x es  o f   E q u a tio n s   ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ,   an d   ( 6 )   as  s h o wn   in   E q u atio n s   ( 1 0 ) ,   an d   ( 1 1 ) A ls o ,   o n co r r esp o n d in g   h ar m o n ic  a m p li tu d m atr ix   s h o w s   in   E q u atio n   ( 1 2 ) .     1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 c o s c o s c o s c o s c o s c o s 3 c o s 3 c o s 3 c o s 3 c o s 3 c o s 5 c o s 5 c o s 5 c o s 5 c o s 5 c o s 7 c o s 7 c o s 7 c o s 7 c o s 7 c o s 9 c o s 9 c o s 9 c o s 9 c o s 9 -- -- () -- -- -- F                    ( 1 0 )     1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 12 s i n ( ) s i n ( ) s i n ( ) s i n ( ) s i n ( ) s i n ( 3 ) s i n ( 3 ) s i n ( 3 ) s i n ( 3 ) s i n ( 3 ) s i n ( 5 ) s i n ( 5 ) s i n ( 5 ) s i n ( 5 ) s i n ( 5 ) s i n (7 ) s i n (7 ) s i n (7 ) s i n (7 ) s i n (7 ) s i n ( 9 ) s i n ( 9 ) s i n j F      3 4 5 ( 9 ) s i n ( 9 ) s i n ( 9 )               ( 1 1 )     0000 4 T K                    ( 1 2 )     Af ter   f in i s h ed   g u e s s i n g   th i n i tial  v al u es  a n d   s etti n g   t h m a t r ix es,  ca lcu late  th v al u o f   f o llo w in g   th E q u atio n   ( 1 3 ) .   T h en ,   u s i n g () FK to   lin ea r ize  ab o u j ( 1 4 ) .     () jj FF                   ( 1 3 )     j jj f F d K                     ( 1 4 )     W h er e         1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 2 2 2 2 2 1 2 3 4 5 3 3 3 3 3 1 2 3 4 5 4 4 4 4 4 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 1 2 3 4 5 j f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f                           ( 1 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 9 1 9     1 9 3 1   1924   a nd     1 2 3 4 5 T j j j j j j d d d d d d                 ( 1 6 )     th en ,   s o lv i n g   j d in   E q u at io n   by       () j jj f d I N V K F                   ( 1 7 )     w h er j f I N V    is   t h in v er s m atr i x   o f   j f        th en ,   u p d atin g   th i n it ial  v al u e s   b y   E q u atio n       1 j j j d                    ( 1 8 )     A th is   p o in t,  r ep ea tin g   th p r o ce s s   f r o m   E q u atio n s   ( 1 3 )   to   ( 1 8 ) ,   u n til  j d is   s atis f ied   to   th d esire d   d eg r ee   o f   ac cu r ac y ,   an d   th s o lu tio n s   m u s s atis f y   th co n d itio n   as  E q u atio n   ( 1 9 )   f o llo w :     1 2 3 4 5 0 2               ( 1 9 )     4 . 2 .   Curv F it t ing   M et ho d   C u r v f itti n g   m eth o d ,   C m eth o d ,   is   o n o f   th n u m er ical   m eth o d s   b y   th co n ce p o f   ca tch in g   th tr en d   o f   in itial  d ata  an d   co n s tr u ctin g   cu r v ac r o s s   th to tal  r an g o f   in itial  d ata  th at  h as  th p r o p er   lin o f   f itti n g   to   g r o u p   o f   d ata  p o in ts .   Fit ted   cu r v es  ca n   b u s ed   as  an   ass is tan ce   m eth o d   f o r   ap p r o x im ate  th tr en d   o f   d ata  an d   p r ed ictio n   o f   th r elatio n s h ip s   am o n g   tw o   o r   m o r d ata.   T h er ar m an y   co m m o n   m eth o d s   f o r   cu r v f itti n g   s u ch   as  No n lin ea r ,   Sm o o th in g ,   an d   L ea s Sq u ar es.  T h is   p ap er   s elec ted   L ea s Sq u ar es  ( L S)  f o r   cu r v f itti n g   co n s id er atio n .   L cu r v f itti n g   m eth o d   m in im izes  th s q u ar o f   th er r o r   b etw ee n   th in itial  d ata  an d   th v alu es  ap p r o x im ated   b y   th p o ly n o m ial  E q u atio n .   Ho w ev er ,   th w id ely   d if f er en d ata  p o in am o n g   th m aj o r ity   d ata,   L cu r v f itti n g   is   s en s itiv ity   to   o u tlier s   f r o m   cu r v p lo t.  So   th at,   th in itial  g r o u p   o f   d ata  s h o u ld   b s elec ted   b y   p r o p er ly   p o in t to   b a   g u id f o r   f itti n g   cu r v e.     L cu r v f itti n g   u s es  P o ly n o m ial  f u n ctio n   to   ac h iev th cu r v th o r o u g h ly   th d ata  p o in ts .   T h d eg r ee   o f   th p o ly n o m ial   E q u atio n   m u s b ca r ef u lly   ch o s en   f o r   p r ed ictio n   th p o s s ib le  o f   th ex ac t   s o lu tio n s .   Fo r   ex am p le,   f ir s t - d eg r ee   p o ly n o m ial  E q u atio n   ca n   b u s ed   f o r   cu r v f itti n g   to   co n s tr u ct  th s tr aig h lin w ith   s lo p to   co n n ec an y   tw o   d ata - p o in ts ,   s ec o n d - d eg r ee   p o ly n o m ial  E q u atio n   ca n   b u s ed   f o r   cu r v f itti n g   to   co n s tr u ct  th s im p le  cu r v to   th r ee   d ata  p o in ts ,   th ir d - d eg r ee   p o ly n o m ial  ca n   b u s ed   f o r   cu r v f itti n g   g iv es  s m o o th er   cu r v to   f o u r   d ata  p o in ts ,   an d   th f itted   cu r v w o u ld   b s m o o th er   cu r v w h en   in cr ea s in g   th d eg r ee   o f   p o ly n o m ial  E q u atio n P o ly n o m ial  f u n ctio n   f o r   f itti n g   th d ata  is   o b tain ed   b y   E q u atio n   (2 0)   or   ( 2 1 ) .     2 0 1 2 ( , ) . . . M M y x w w w x w x w x             ( 2 0 )     or       0 ( , ) M M M j y x w w x                 ( 2 1 )     w h er M   is   t h d eg r ee   o f   t h p o ly n o m ial.       2 10 1 () 2 NM M Mn nj E w w x t                    ( 2 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th C o mb in a tio n   o f New to n - R a p h s o n   Meth o d   a n d   C u r ve - F itti n g   Meth o d   fo r   ….   ( Ma jd ee   To h ta yo n g )   1925   E r r o r   Fu n ctio n   Min im izatio n   is   o b tain ed   b y   E q u atio n   ( 2 2 ) .   I is   s u m   o f   s q u ar e s   o f   th er r o r s   b etw ee n   th p r ed ictio n s   f o r   ea ch   d ata  p o in t a n d   th tar g et  v alu e.     4 . 3 .   Nu m er ica l Tec hn i qu es NR - CF   Co m bin a t io n     T h Ne w to n - R ap s o n   m eth o d   is   th m o s u s ed   f o r   f ig u r i n g   o u t h s o lu t io n   o f   SHEP W tech n iq u e,   b u it  ta k es   m o r ti m f o r   th e   ca lc u latio n   p r o ce s s .   A d d itio n a ll y ,   C u r v f itti n g   m eth o d   ca n   b u s ed   f o r   s o lv i n g   th is   s o lu tio n   b u it  n ee d s   g r o u p   o f   g u id s o l u tio n s   f o r   f i ttin g   t h s o l u tio n .   So   th at,   C u r v f itt in g   m et h o d   n ee d s   an o t h er   m et h o d   f o r   m a k in g   g u id o f   s o lu t io n s   s u c h   as  Ne w to n - Ra p s o n   m et h o d .   C o o p er ativ s o lv i n g   s o lu tio n s   o f   t h s w i tch in g   an g les  is   co m b i n ed   b y   m a k i n g   ten - p o i n ts   g u id s o lu tio n s   at  0 . 1 ,   0 . 2 ,   0 . 3 ,   0 . 4 ,   0 . 5 ,   0 . 6 ,   0 . 7 ,   0 . 8 ,   0 . 9 ,   an d   1 . 0   o f   th m o d u lat io n   i n d ex   th a g iv e n   b y   u s i n g   Ne w to n - R ap s o n   m et h o d   o n   Fi g u r 5 ( a)   wh ic h   is   u s ed   f o r   b ein g   g u id to   C u r v f it tin g   m et h o d   to   s o lv th s o lu tio n s   b et w ee n   g ap   o f   an y   p o in ts   o f   g u id e   s o lu tio n s ,   s tar ti n g   o n   0 . 1   u n til  1 . 0   o f   th e   m o d u latio n   in d ex .   I n   ad d itio n ,   ea ch   p o in t   o f   t h m o d u lat io n   in d ex   h as  f iv s ep ar ate   s w itc h i n g   a n g l es.  T h f lo w c h ar t f o r   NR - C F c o m b in at io n   is   g i v en   Fig u r 4 .       S T A R T G ue s s  a  s e t  of  i ni t i a l  va l ue s   , α ( 0 ) S e t   i ni t i a l  va l ue  of   M odu l a t i on  I ndex M i   0 . ( M m i n M i   1 . ( M m a x ) N e w t on - R a phs on  M e t hod M i   M m a x E N D U pda t e d M i Mi = Mi + 0 . 1 Y e s No C ur ve  F i t t i ng  M e t ho d     Fig u r e   4 .   Flo w c h ar t o f   N R - C F   co m b i n atio n     T h 1 st ,   2 nd ,   3 rd ,5 th ,   an d   9 th   o r d er   C u r v f itti n g   m et h o d   ar ap p lied   b y   u s in g   t h g r o u p   o f   g u id s o lu tio n s   o n   F ig u r 5   to   p r ed i ct  th s o l u tio n   o f   s w itc h i n g   a n g le.   T h s tr aig h t - li n e   s o lu tio n s   ar o n l y   g iv e n   b y   1 st   o r d er   C u r v f itti n g   w h ile  in cr ea s ed   t h n u m b er   o f   o r d er   th li n es   b ec o m c u r v es   u n til  t h 9 th   o r d er   o f   C u r v f i tti n g   w h ic h   g i v es t h cu r v e s   to   tail  w ith   t h s o l u tio n   g u id e.       5.   SI M UL AT I O R E S UL T S   P W M - b ased   I n v er ter   s im u latio n   u s in g   f iv s w itch in g   an g les  f r o m   th an aly tical  r esu lts   o f   New to n - R ap s o n   an d   C u r v f itti n g   m eth o d   ar s h o w n   in   T ab le  2 .   T h ese  s w itch in g   an g les  ar s elec ted   at  Mi= 0 . 8 5   to   o p er ate  H - b r id g in v er te r   f o r   r elea s in g   th P W M - b ased   o u tp u w av ef o r m   an d   s h o w in g   its   h ar m o n ic  s p ec tr u m s .     T h s w itch in g   an g les  o f   th New to n - R ap s o n   m eth o d   ar ap p lied   to   th is   s im u latio n   to   s h o w   th o u tp u v o ltag w av ef o r m   an d   its   h ar m o n ic  s p ec tr u m s   in   Fig u r 6 .   T o   co m p ar th r e s u lts ,   1 st ,   3 rd ,   an d   9 th   o r d er   C u r v f itti n g   m eth o d   ar also   s h o w n   in   Fig u r 7 Fig u r 8 ,   an d   Fig u r 9   r esp ec tiv ely .   A s   it  ca n   b s ee n ,   th o u tp u v o ltag w av ef o r m   o n   th tim d o m ain   o f   Fig u r 6 ( a) ,   Fig u r 7 ( a) ,   Fig u r 8 ( a) ,   an d   Fig u r 9 ( a)   ar n o clea r ly   to   s ee   th th eir   d if f er en t,  s o   th at,   th s im u latio n   r esu lts   o n   th f r eq u en cy   d o m ain   ar r ep r esen ted   th m ag n itu d o f   h ar m o n ics.          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 9 1 9     1 9 3 1   1926         ( a)     ( b )           ( c)     ( d )           ( e)     ( f )     Fig u r e   5 .   S w i tch i n g   an g le  s o l u tio n s   V s   Mo d u latio n   I n d ex   ( a)   Ne w to n - R ap h s o n   m et h o d - B ased ,   ( b )   1 st   Or d er     C u r v f i tti n g   m et h o d - B ased ,   ( c)   2 nd   Or d er   C u r v f itti n g   m et h o d - B ased ,   ( d )   3 rd   Or d er   C u r v f itti n g   m et h o d - B ased ,   ( e)   5 th   Or d er   C u r v f itti n g   m et h o d - B ased ,   an d   ( f )   9 th   Or d er   C u r v f itti n g   m et h o d - B ased   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th C o mb in a tio n   o f New to n - R a p h s o n   Meth o d   a n d   C u r ve - F itti n g   Meth o d   fo r   ….   ( Ma jd ee   To h ta yo n g )   1927         ( a)     ( b )     Fig u r e   6 ( a)   s i m u lat io n   r es u lt  o f   P W M - B ased   I n v er ter   o f   o u t p u t v o lta g at  Mi= 0 . 8 5   an d   ( b )   its   s p ec tr u m s   r elea s in g   b y   u s i n g   Ne w to n - R a p h s o n   m et h o d             ( a)     ( b )     Fig u r e   7 .   ( a)   s i m u lat io n   r es u lt  o f   P W M - B ased   I n v er ter   o f   o u t p u t v o lta g at  Mi= 0 . 8 5   an d   ( b )   its   s p ec tr u m s   r elea s in g   b y   u s i n g   1 st   o r d er   C u r v f itt in g   m eth o d             ( a)     ( b )     Fig u r e   8 .   ( a)   s i m u lat io n   r es u lt  o f   P W M - B ased   I n v er ter   o f   o u t p u t v o lta g at  Mi= 0 . 8 5   an d   ( b )   its   s p ec tr u m s   r elea s in g   b y   u s i n g   3 rd   o r d er   C u r v f itti n g   m et h o d             ( a)     ( b )     Fig u r e   9. ( a)   s i m u la tio n   r es u lt  o f   P W M - B ased   I n v er ter   o f   o u t p u t v o lta g at  Mi= 0 . 8 5   an d   ( b )   its   s p ec tr u m s   r elea s in g   b y   u s i n g   9 th  o r d er   C u r v f itt in g   m eth o d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 9 1 9     1 9 3 1   1928   T h 3 rd ,   5 th ,   7 th ,   an d   9 th   h ar m o n ic  s p ec tr u m s   in   Fig u r 6 ( b )   ar elim in ated   th at  r ep r esen ts   th u n w an ted   h ar m o n ics  elim in atio n   o f   SHEP W tech n iq u b y   u s in g   th New to n - R ap s o n   m eth o d .   On   th o th er   h an d ,   P W M - b ased   I n v er ter   u s in g   s w itch in g   an g les  b ased   o n   C u r v f itti n g   m eth o d   ca n n o elim in ate  th 3 rd 5 th ,   7 th ,   an d   9 th   h ar m o n ic,   ex ce p 9 th   o r d er   C u r v f itti n g   m eth o d   w h ich   is   alm o s co m p letely   m o ck in g   th s w itch in g   an g le  s o lu tio n   o f   New to n - R ap s o n   m eth o d .       T ab le   2 .   T h an al y tical  r es u lt s   o f   Ne w to n - R ap s o n   an d   C u r v e   f itti n g   m et h o d   at  Mi  0 . 8 5   S w i t c h i n g   a n g l e     N e w t o n - R a p so n   me t h o d   1 st   O r d e r     C u r v e   f i t t i n g   me t h o d   3 rd   Or d e r     C u r v e   f i t t i n g   me t h o d   9 th   O r d e r     C u r v e   f i t t i n g   me t h o d   α 1   2 2 . 5 8 3 5 o   2 2 . 4 0 8 3 o   2 2 . 4 8 7 2 o   2 2 . 5 8 6 7 o   α 2   3 3 . 6 0 1 5 o   3 3 . 0 6 9 6 o   3 3 . 3 3 5 3 o   3 3 . 6 0 9 6 o   α 3   4 6 . 6 4 3 3 o   4 6 . 1 4 1 6 o   4 6 . 3 8 7 7 o   4 6 . 6 5 1 5 o   α 4   6 8 . 4 9 8 0 o   6 6 . 5 2 1 8 o   6 7 . 4 5 6 4 o   6 8 . 5 2 4 6 o   α 5   7 5 . 0 9 7 8 o   7 3 . 2 4 3 7 o   7 4 . 1 3 0 9 o   7 5 . 1 2 1 4 o       T h to tal  h ar m o n ics  d is to r tio n   ( T HD)   o f   th is   P W M - B ased   I n v er ter   s im u latio n   b ased   o n   9 th  o r d er   C u r v f itti n g   m eth o d   g iv es  th s am v alu w ith   New to n - R ap s o n   m eth o d .   Nev er th eless ,   th T HD  v alu es  b ased   o n   1 st   o r d er   C u r v f itti n g   m eth o d   an d   3 rd   o r d er   C u r v e   f itti n g   m eth o d   is   also   g iv en   b y   th is   s im u latio n   cir cu it  w ith   th alm o s th s am v alu o f   New to n - R ap s o n   m eth o d ,   th T HD  v alu es  ar d is p lay ed   in   T ab le  3 A d d itio n ally ,   th is   s im u latio n   u s in g   1 0 0 - v o lt  DC   f o r   s u p p ly in g   th in v er ter   an d   Mi  0 . 8 5 ,   th ex p ec ted   m ag n itu d o f   f u n d am en tal  co m p o n en t,  V f ,   w o u ld   b 8 5 - v o lt.  T ab le  3   s h o w s   th at  an y   v alu o f   V f   is   g iv en   ar o u n d   th ex p ec ted   v alu e.       T ab le   3.   T h d   an d   th m ag n it u d o f   f u n d a m e n tal  co m p o n en at  Mi  0 . 8 5   S w i t c h i n g   a n g l e     N e w t o n - R a p so n   me t h o d   1 st   O r d e r     C u r v e   f i t t i n g   me t h o d   3 rd   O r d e r     C u r v e   f i t t i n g   me t h o d   9 th   O r d e r     C u r v e   f i t t i n g   me t h o d   T H D   5 5 . 5 4 %   5 5 %   5 5 . 3 9 %   5 5 . 5 4 %   V   8 4 . 9 9   V .   8 5 . 2 2   V .   8 5 . 0 3   V .   8 4 . 9 8   V .           Fig u r e   1 0 .   T HD  Vs.  Mo d u latio n   I n d ex       I n   ad d itio n ,   T h T HD  v alu es  o f   P W M - B ased   I n v er ter   s i m u l atio n   b ased   o n   Ne w to n - R ap s o n ,   1 st   o r d er   C u r v f itt in g ,   3 rd   o r d er   C u r v f itti n g ,   an d   9 th  o r d er   C u r v f itt in g   m et h o d   ar co m p ar ed   in   a   w id e - r a n g o f   t h e   m o d u latio n   i n d ex ,   as  s h o w n   i n   Fi g u r 1 0 .   On l y   f o r   t h T HD  v al u es  c u r v e   o f   9 th  o r d er   C u r v f itt in g   m et h o d   tails   w it h   t h v al u es o f   th Ne w to n - R ap s o n   m et h o d .       6.   CO NCLU SI O N     T h is   p ap er   h as  p r o p o s ed   th c o m b i n atio n   o f   Ne w to n - R ap h s o n   an d   C u r v e - f itti n g   m e th o d s   f o r   P W M - o p er ated   I n v er ter .   T h an al y t ical  d er iv atio n   f o r   s o lv in g   th s w itc h i n g   a n g le s   o f   S HE P W tech n iq u e   is   e x p lain ed   a n d   co m p ar ed   w it h   th s i m u latio n   r es u lts   o f   lo n Ne w to n - R ap h s o n   m et h o d   an d   th co m b i n atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.