I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS )   Vo l.   10 ,   No .   2 J u n 2 0 1 9 ,   p p .   70 9 ~ 7 1 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 0 . i2 . pp 7 0 9 - 719          709       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   Ada ptive in tegra l backs teppi ng  con troller f o r  linear i nduction  mo tors       O m a M a hm o ud i,  A bd elk rim   B o uchet a   De p a rtme n o El e c tri c a E n g i n e e rin g ,   Co n tro l   An a ly sis a n d   O p ti m iza ti o n   o El e c tro - e n e rg y   S y ste m s L a b o ra t o ry   (CAO S EE ),   Un i v e rsity   o Ta h ri  M o h a m e d   Be c h a r,   Al g e ria       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 1 ,   2 0 1 9   R ev is ed   Ma r   1 ,   2 0 1 9   Acc ep ted   Mar   10 ,   2 0 1 9       Li n e a in d u c ti o n   m o to rs  o ffe th e   p o ss ib i li ty   to   p e rfo rm   a   d i re c li n e a m o ti o n   with o u th e   n e a d   o m e c h a n ica ro tary   to   li n e a m o ti o n   tra n sfo r m e rs.  Th e   m a in   p r o b lem   w h e n   c o n tr o ll i n g   th is   k i n d   o m o t o rs  is  t h e   e x isten c e   o f   in d e sira b le  b e h a v io u rs  su c h   a e n d   e ffe c a n d   p a ra m e ter  v a riatio n s,  wh ich   m a k e s o b tain i n g   a   p re c ise   p lan m o d e v e r y   c o m p l ica ted .   Th is p a p e r   p ro p o se a n   a d a p ti v e   b a c k ste p p i n g   c o n tr o tec h n iq u e   with   i n teg r a a c ti o n   b a se d   o n   ly a p u n o v   sta b il it y   a p p ro a c h ,   wh ich   c a n   g u a ra n tee   th e   c o n v e r g e n c e   o f   p o siti o n   trac k i n g   e rro r   to   z e ro   d e s p it e   o p a ra m e ter  u n c e rtain ti e s   a n d   e x tern a lo a d   d ist u rb a n c e .   P a ra m e ter  a d a p tatio n   law a re   d e sig n e d   t o   e stim a te  m o v e m a ss ,   v isc o u s   frictio n   c o e fficie n t   a n d   lo a d   d istu r b a n c e ,   wh ich   a re   a ss u m e d   to   b e   u n k n o wn   c o n sta n p a ra m e ters a a   r e su lt   th e   c o m p e n sa ti o n   o th e ir   n e g a ti v e   e ffe c o n   c o n tro d e si g n   sy ste m .   Th e   p e rfo rm a n c e   o th e   p ro p o se d   c o n tro d e sig n   wa tes ted   th r o u g h   sim u lati o n .   Th e   n u m e rica l   v a li d a ti o n   re su lt h a v e   s h o w n   g o o d   p e rf o rm a n c e   c o m p a re d   t o   t h e   c o n v e n t io n a b a c k ste p p i n g   c o n tr o ll e a n d   p ro v e d   th e   ro b u stn e ss   o t h e   p ro p o se d   c o n tro l ler  a g a in st p a ra m e ter v a riatio n s a n d   l o a d   d istu r b a n c e .   K ey w o r d s :   Ad ap tiv b ac k s tep p i n g   Field   o r ien ted   co n tr o l   I n teg r al  ac tio n   L in ea r   in d u ctio n   m o to r   Co p y rig h ©   2 0 1 9   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 :   Om ar   Ma h m o u d i,    Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Un iv er s ity   o f   T a h r Mo h a m ed   B ec h ar ,   B . P 4 1 7   B ec h ar   0 8 0 0 0 ,   Alg er i a.   E m ail:  o m ar ito m ah @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   L in ea r   in d u ctio n   m o to r s   ( L I Ms)   ar wid ely   u s ed   in   i n d u s tr ial  p r o ce s s es  an d   tr an s p o r tatio n   ap p licatio n s   [ 1 ,   2 ] .   T h m ain   ad v an tag e   o f   t h L I is   its   ab ilit y   to   p er f o r m   a   d ir ec lin ea r   m o tio n   with o u th e   n ee d   o f   an y   g ea r   b o x   o r   m ec h an ical  r o tar y   t o   lin ea r   m o tio n   t r an s f o r m atio n   [ 3 ] .   T h d r iv in g   p r i n cip le  o f   t h L I is   s im ilar   to   th at  o f   a   r o tar y   in d u ctio n   m o to r   ( R I M) ,   h o wev er ,   th e   co n tr o c h ar ac ter is tics   ar m o r c o m p licated   a n d   t h p ar am e ter s   ar tim v ar y i n g   d u to   c h an g o f   o p er atin g   co n d itio n s ,   s u ch   as sp ee d   o f   m o v er ,   tem p er atu r a n d   c o n f ig u r atio n   o f   r ail. [ 4 ,   5]   Field   o r ien ted   co n t r o ( FOC )   is   co n s id er ed   as  th m o s p o p u lar   h ig h   p e r f o r m an ce   co n tr o l m eth o d   f o r   in d u ctio n   m ac h in es.  T h m ai n   id ea   o f   th FOC   is   to   d ec o u p le  th d y n am ics  o f   th r u s f o r ce   an d   r o to r   f lu x   to   m ak th co n tr o as  s im p le  as   in   s ep ar ately   ex cited   DC   m ac h in [ 6 - 8 ] .   Un f o r tu n ately ,   a   g o o d   p er f o r m a n ce   o f   FOC   ca n   o n ly   b ac h iev ed   b y   p r ec is p lan m o d el  an d   i ca n   b d is tu r b ed   b y   p ar am et er   v ar iatio n s ,   wh ich   p r esen ts   b i g   is s u e,   b ec au s u n lik R I t h m o d el   o f   L I p r esen ts   m o r c o m p lex ity .   Mo r eo v er ,   th er e   ar e   s ig n if ican p ar a m eter   v ar iatio n s   in   th e   r ea ctio n   r ail   r esis tiv ity ,   th d y n a m ics  o f   th ai r   g ap ,   s lip   f r eq u e n cy ,   p h ase  u n b alan ce ,   s atu r atio n   o f   th m ag n etizin g   in d u ctan ce ,   an d   en d - ef f ec ts   p h en o m e n o n   [ 9 - 1 2 ] ,   ca u s in g   a   d if f icu lty   in   ac h iev i n g   a   g o o d   co n tr o l   p er f o r m a n ce .   Ma n y   r esear ch es  h av b ee n   d o n e   in   m o d elin g   th L I M   p er f o r m an ce   tak en   in t o   co n s id er atio n   tim v ar y i n g   p ar a m ete r s   an d   en d   ef f ec p h e n o m en o n   [ 3 ,   8 - 1 0 ,   1 3 ] .   Ho wev er ,   th er ar alwa y s   s o m m o d elin g   u n ce r tain ties   d u to   u n d esira b le  b eh a v io r s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po w   E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  10 ,   No .   2 J u n 2 0 1 9   :   709     719   710   T h ad v an ce m e n in   n o n lin ea r   co n tr o f ield   g a v v ar iety   o f   s o lu tio n s   in   d ea lin g   with   p ar am eter   v ar iatio n s   an d   lo a d   d is tu r b an c e.   On o f   th ese  s o lu tio n s   is   b ac k s tep p in g   co n tr o l,  th is   last   is   n o n lin ea r   c o n tr o l   tech n iq u t h at  h as  b ee n   wid el y   ap p lied   in   c o n tr o llin g   L I Ms   [ 1 2 1 4 ] .   T h b asic  id ea   o f   b ac k s tep p in g   is   th e   d ec o m p o s itio n   o f   h ig h   o r d er   n o n l in ea r   co n tr o d esig n   p r o b lem   in to   s m aller   s tep s ,   in   wh ich   ev er y   s tep   in tr o d u ce s   r ef e r en ce   to   s tab i lize  th n ex o n u s in g   th s o   ca lled   “v ir tu al  co n tr o l”  v ar iab les,  u n til  we  r ea ch   th r ea co n tr o in p u t h at  in s u r es  th g lo b al  s tab ilit y   b ased   o n   ly ap u n o v   f u n ctio n   [ 1 2 ,   1 4 ,   1 5 ] .   I n   ad d itio n ,   th e   ad ap tiv v er s io n   o f   b ac k s tep p in g   co n tr o g u ar a n tees  th g l o b al  s tab ilit y   o f   th e   s y s tem   d esp ite  o f   p ar am eter   u n ce r tain ties   an d   v ar iatio n s   th an k s   to   p ar a m eter   u p d ate  laws [ 1 5 ] .   I n   th is   p ap e r   we  p r o p o s an   a d ap tiv b ac k s tep p in g   c o n tr o l   d esig n   b ased   o n   f ield   o r ien ted   co n tr o t o   ac h iev a   d esire d   p o s itio n   tr aj ec to r y   u n d e r   t h ass u m p tio n   o f   u n k n o wn   m o v er   m ass ,   f r ic tio n   co e f f icien a n d   lo ad   d is tu r b an ce .   T h r est  o f   th p ap er   is   o r g a n ized   as  f o llo ws:   in   s ec tio n   2,   we  in tr o d u ce   th b asics   o f   in d ir ec f ield   o r ien ted   co n tr o l.   Sectio n   3   p r esen ts   th p r o p o s ed   ad ap tiv e   b ac k s tep p i n g   c o n t r o l ler .   I n   s ec tio n   4,   we  s h o th s im u latio n   r esu lt s   f o llo wed   b y   d is cu s s io n .   Fin ally ,   co n clu s io n   is   d r awn   in   s ec tio n   5 .       2.   I NDIR E C T   F I E L O R I E N T E CO N T RO L   Fig u r 1   s h o ws  th co n s tr u cti o n   o f   L I M.   T h p r im ar y   is   s im p ly   cu t - o p en   a n d   r o lled - f lat  r o tar y   m o to r   p r im ar y ,   an d   th s ec o n d ar y   u s u ally   co n s is ts   o f   s h ee co n d u cto r   u s in g   alu m i n u m   w ith   an   ir o n   b ac k   f o r   th r etu r n   p ath   o f   th e   m ag n et ic  f lu x .   Fo r   ze r o   r elativ v e lo city ,   th L I ca n   b e   co n s i d er ed   as  h a v in g   a n   in f in ite  p r im ar y ,   in   wh ic h   ca s th en d   e f f ec ts   m ay   b e   ig n o r e d   [ 1 2 ] .           Fig u r 1 .   C o n s tr iu ctio n   o f   a   L I M       T h f if th   o r d er   m o d el  o f   th L I in   th d - q   ax is   r ef er e n ce   f r am m o d if ied   f r o m   th r ee   p h ase  Y - co n n ec ted   r o tar y   in d u ctio n   m o to r   m o d el  is   g i v en   as [ 1 2 1 6 ] :     ds V s σL .v qr . h r L π m PL dr . r L r R m L qs .i e V h π ds .i r R r L m L s R s σL dt ds di s s σL σL 1 2 2 1 + + + + + =   ( 1 )     ds V s σL qr . r L r R m L .v dr . h r L π m PL qs .i r R r L m L s R s σL ds .i e V h π dt qs di s s σL σL 1 2 2 1 + + + =   ( 2 )     ( ) qr . v P e V dr . r L r R ds .i r L r R m L dt dr d h . + =   ( 3 )       ( ) qr r L r R dr . v P e V qs .i r L r R m L dt qr d h = .   ( 4 )   L c ds qr qs dr f e F v f dt dv M i i K F + + = = . ) (   ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A d a p tive  in teg r a b a ck s tep p in g   co n tr o ller   fo r   lin ea r   in d u cti o n   mo to r s   ( Oma r   Ma h mo u d i )   711   w h er e   s R   is   s tato r   r esis tan ce   p e r   p h ase,   r R   is   r o to r   r esis tan ce   p er   p h ase,   s L   is   th s ta to r   in d u ctan ce   p er   p h ase,   r L   is   th r o to r   in d u ctan ce   p er   p h ase,   m L   is   th m ag n etizin g   in d u ctan ce   p er   p h ase,   P   is   th n u m b er   o f   p o le  p air s ,   h   is   th p o le  p itch ,   ) / ( 1 2 r s m L L L =   is   th leak ag co ef f icien t,  e V   is   th s y n ch r o n o u s   lin ea r   v elo city ,   v   is   th m o v er   lin ea r   v elo city ,   ds i   an d   qs i   ar th e   d - a x is   a n d   q - ax is   s tato r   c u r r en ts ,   dr   an d   qr   ar th d - ax is   an d   q - a x is   r o to r   f lu x es,  ds V an d   qs V   ar d - a x is   an d   q - a x i s   s tato r   v o ltag es,  ) 2 /( 3 h L L P K r m f =   is   f o r ce   co n s tan t,  e F   is   th elec tr o m ag n etic  f o r ce ,   L F   is   th ex ter n al  lo ad   d is tu r b a n ce ,   M   is   th to tal  m ass   o f   th m o v in g   p ar t a n d   c f is   th v is co u s   f r ictio n   a n d   ir o n - lo s s   co ef f icien t.   T h m ain   i d ea   o f   th f ield   o r i en ted   co n tr o is   to   r en d er   th b eh av io u r   o f   th L I s im ilar   to   th at  o f   a   s ep ar ately   ex cited   DC   m ac h in e,   th is   las g iv es  th ab ilit y   to   co n tr o th elec tr o m ag n etic  f o r ce   an d   r o to r   f lu x   in d ep en d en tly   [ 7 ] ,   [ 1 7 ] .   T h e   d ec o u p lin g   is   r ea lized   b y   f o r ci n g   th e   s ec o n d ar y   f lu x   lin k a g to   alig n   with   th e   d - ax is .   As a  r esu lt we   g et,   0 = qr 0 = dt d qr   ( 6 )     Usi n g   ( 6 )   an d   r ep laci n g   in   t h r o to r   f l u x   eq u atio n s   ( 3 )   an d   ( 4 )   we  g et,   ds r m dr i s L + = 1   ( 7 )     wh er s   is   th L ap lace   o p er ato r ,   an d   r r r R L / =   is   th s ec o n d ar y   tim co n s tan t.   R ep lacin g   ( 6 )   in   elec tr o m ag n e tic  f o r ce   eq u atio n   ( 5 )   g i v es,     qs dr f e i K F =   ( 8 )     Viewin g   eq u atio n s   ( 7 )   a n d   ( 8 )   we  ca n   s ee   t h at  th e   r o t o r   f lu x   an d   th e   elec tr o m a g n etic  f o r ce   ca n   n o w   b co n tr o lled   s ep ar ately   u s in g   s tato r   cu r r en ts   ds i   an d qs i .   Usi n g   ( 6 )   an d   ( 4 )   th s lip   v elo city   ca n   b wr itten   as     i q s L hL Pv V V dr r r m e sl = =   ( 9 )       3.   A DAP T I VE   B ACK S T E P P I NG   CO NT RO L   W I T H   I NT E G RAL A CT I O N   T h b asic  id ea   o f   th b ac k s te p p in g   d esig n   is   th d ec o m p o s itio n   o f   co m p le x   n o n lin ea r   s y s tem   in to   m u ltip le  s in g le  in p u t - o u tp u f ir s o r d er   s u b s y s tem s ,   u s in g   t h s o - ca lled   “v ir t u al  c o n tr o l”   v ar iab les  [ 1 8 ] ,   in   wh ich   ev er y   co n tr o v ar iab le  is   f o r ce d   to   s tab ilize  th p r ev io u s   s u b s y s tem   g en er atin g   co r r esp o n d in g   er r o r   wh ich   ca n   b s tab ilized   b y   co n v en ie n in p u s elec tio n   v ia  ly ap u n o v   s tab ilit y   [ 1 4 ,   1 6 ,   1 8 ,   1 9 ] ,   T h s tep s   to   d esig n   s u ch   c o n tr o ller   f o r   L I p o s itio n   tr ac k in g   ar as f o llo ws:   Def in th p o s itio n   tr ac k in g   e r r o r     d d e r e f = 1   ( 1 0 )     I ts   d y n am ic  ca n   b wr itten   as     v d d d e r e f r e f = = 1   ( 1 1 )     C o n s id er   th ly ap u n o v   f u n ctio n   ca n d id ate     2 1 1 2 1 e V =   ( 1 2 )     Der iv in g   V 1   an d   u s in g   t h er r o r   d y n am ic  e q u atio n   ( 1 1 )   we  o b t ain   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po w   E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  10 ,   No .   2 J u n 2 0 1 9   :   709     719   712     ) ( 1 1 1 1 v d e e e V r e f = =   ( 1 3 )     C h o o s in g   th v el o city   s tab ilis i n g   f u n ctio n   as     r e f r e f d e k v + = 1 1   ( 1 4 )     wh er 1 k   is   p o s itiv d esig n   co n s tan t to   b d eter m in e d   later ,   g iv es     0 2 1 1 1 = e k V   ( 1 5 )     witch   g u ar an tees th s tab ilis atio n   o f   o u r   cl o s ed - lo o p   co n t r o l.   Ho wev er   th v elo city   v   is   n o t   r ea in p u t,  it’s  v ir tu al  c o n tr o l”  in p u [ 1 9 2 0 ] ,   s o   we  d ef in th e   f o llo win g   v el o city   tr ac k in g   er r o r :     v v e r e f = 2   ( 1 6 )     T o   en s u r th co n v e r g en ce   o f   th p o s itio n   tr ac k in g   er r o r   to   ze r o   at  th s tead y   s tate  d esp ite  th p r esen ce   o f   d is tu r b a n ce   an d   m o d elin g   i n ac cu r ac y   o f   th s y s t em   we  in tr o d u ce   a n   in teg r al  a ctio n   to   th e   d esire d   v elo city   as f o llo ws [ 1 5 ]     ' ' 1 1 1 1 e k d e k v r e f r e f + + =   ( 1 7 )     wh er e   = dt t e e ) ( ' 1 1   is   th in teg r al  ac tio n   o f   th p o s itio n   tr ac k in g   er r o r   an d   ' 1 k   is   p o s itiv d esig n   co n s tan t.   T h d y n am ics o f   th v elo city   t r ac k in g   e r r o r   g iv e,     M F v M f M F e k v d k d v v e L c e r e f r e f r e f + + + + = = 1 1 1 2 ' ) (   ( 1 8 )     T h en   th d y n am ics o f   1 e   ca n   b r ewr itten   as     2 1 1 1 1 1 ' ' e e k e k e + + =   ( 1 9 )     Def in an o th e r   ly ap u n o v   f u n ctio n     2 1 1 2 2 2 1 2 ' 2 ' 2 1 2 1 e k e e V + + =   ( 2 0 )     I ts   tim d er iv ativ is     1 1 1 2 2 1 1 2 ' ' e e k e e e e V + + =   ( 2 1 )         Usi n g   ( 1 9 ) ,   ( 2 0 )   an d   ( 2 1 )   we  g et,     + + + + + + + + = L v D M F d k k e e k k k k e e e k e k V e r e f . ) ( ' ' ) ' 1 ( 2 1 2 1 1 1 1 2 1 1 2 2 2 2 2 1 1 2   ( 2 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A d a p tive  in teg r a b a ck s tep p in g   co n tr o ller   fo r   lin ea r   in d u cti o n   mo to r s   ( Oma r   Ma h mo u d i )   713   wh er 2 k   is   p o s itiv d esig n   p ar am eter ,   M f D c / =   is   th n o r m alize d   f r ict io n   co ef f icien t a n d   M F L L / =   is   th n o r m alize d   L o ad   d is tu r b an ce .   No w   we  ca n   ch o o s o u r   f o r ce   co n tr o in p u r e f e F _   to   ca n ce l   th u n d esira b le  b eh a v io u r s   an d   g u ar an tee  ac h iev in g   t h d esire d   p o s itio n   tr ajec to r y .   I f   we  ch o o s e     L v D d k k e e k k k k e M F r e f r e f e + + + + + + + = . ) ( ' ' ) ' 1 ( 2 1 2 1 1 1 1 2 1 1 _     ( 2 3 )     we  g et     0 2 2 2 2 1 1 2 = e k e k V   ( 2 4 )     witch   g u ar an tees th s tab ilizatio n   o f   o u r   c o n tr o l in   th clo s e d - lo o p .   Ho wev er ,   th r ea v al u es  o f   p ar am eter s M D   an d   L   ar u n k n o wn   an d   ca n b u s ed ,   s o   we  u s th eir   esti m ates  M ˆ D ˆ   an d   L ˆ   in s tead :     L v D d k k e e k k k k e M F r e f r e f e ˆ . ˆ ) ( ' ' ) ' 1 ( ˆ ˆ 2 1 2 1 1 1 1 2 1 1 _ + + + + + + + =     ( 2 5 )     T h n ex s tep   is   to   ex tr ac th u p d ate  laws  o f   esti m ated   p ar am eter s ,   f o r   th at  p u r p o s we  d ef in th f o llo win g   p a r am eter   esti m atio n   er r o r s :     M M M ˆ ~ =   ( 2 6 )     D D D ˆ ~ =   ( 2 7 )     L L L ˆ ~ =   ( 2 8 )     Usi n g   th ese  d ef in itio n s   an d   s u b s titu tin g   th f o r ce   co n tr o l in   ( 2 5 )   to   th v elo city   tr ac k i n g   er r o r   in   ( 1 8 )   th d y n a m ics o f   2 e   b ec o m e,     L v D M M M e k e e k e k k d e r e f + + + + + = . ~ ' ) ' ' ( 1 1 2 1 1 1 1 1 2     ( 2 9 )     wh er L v D d k k e e k k k k e r e f ˆ . ˆ ) ( ' ' ) ' 1 ( 2 1 2 1 1 1 1 2 1 1 + + + + + + + =   Af ter   f ew  ca lcu latio n s   we  g et,     M M L v D e k e e ˆ ˆ . ˆ 2 2 1 2 + + + =   ( 3 0 )       Fin ally ,   we  co n s tr u ct  t h f in al   ly ap u n o v   f u n ctio n   th at  i n clu d es  all  th s y s tem s   er r o r   s ig n al s   in   o r d e r   to   d er iv th e   esti m ates u p d ate  laws,     2 3 2 2 2 1 2 1 1 2 2 2 1 3 ~ 2 1 ~ 2 1 ~ 2 1 ' 2 ' 2 1 2 1 L D M M e k e e V + + + + + =   ( 3 1 )     wh er 1 2   an d   3   ar p o s itiv d esi g n   co n s tan ts .   Ass u m in g   th at  M D   an d   L   ar co n s tan t p ar am eter s ,   we  ca n   w r ite,     M M ˆ ~ =   ( 3 2 )     D D ˆ ~ =   ( 3 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po w   E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  10 ,   No .   2 J u n 2 0 1 9   :   709     719   714   L L ˆ ~ =   ( 3 4 )     Usi n g   ( 3 2 ) ,   ( 3 3 ) ,   ( 3 4 )   an d   th er r o r   d y n am ics  in   ( 1 9 )   a n d   ( 3 0 )   we  ca lcu late  th tim d e r iv ativ o f   ( 3 1 )     ) ' ' ( ˆ ~ 1 ˆ ~ 1 ˆ ~ 1 ˆ . ˆ ~ ' ' ˆ ~ 1 ˆ ~ 1 ˆ ~ 1 ' ' 2 1 1 1 3 2 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 3 2 1 1 1 1 2 2 1 1 3 e e k e L L D D M M M L v D M M e e e e k e k e k L L D D M M M e e k e e e e V + + + + + + + = + + =     ( 3 5 )     W f in ally   g et   + + + = L e L D v e D M e M M e k e k V ˆ 1 ~ ˆ 1 ~ ˆ 1 ~ 3 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 1 3   ( 3 6 )     I n   o r d er   to   r en d e r   th g lo b al  l y ap u n o v   f u n ctio n   n eg ativ e   we  ch o o s th u p d ate  laws  o f   th e   p ar am eter   esti m ates a s :     2 1 ˆ e M =   ( 3 7 )     v e D 2 2 ˆ =   ( 3 8 )     2 3 ˆ e L =   ( 3 9 )     T h r esu ltin g   ly a p u n o v   f u n cti o n   d y n am ics g iv e     0 2 2 2 2 1 1 3 = e k e k V     wh ich   g u ar an tees  th e   s tab ilit y   o f   th e   g lo b al   s y s tem   an d   t h ac h iev e m en o f   t h d esire d   p o s itio n   tr ajec to r y . d esp ite  o f   lo ad   d is tu r b an ce   an d   u n d esira b le  b e h av i o u r s .     T h p r e v ieu s   co n tr o ll er   d esig n in g   s tep s   ar s u m m ed   u p   in   th d iag r am   in   Fig u r 2           Fig u r 2 .   Ad a p tiv b ac k s tep p i n g   co n t r o ller   s ch em e       4.   SI M UL A T I O A ND  DI SC USSI O N   T o   in v esti g ate  th p er f o r m an c o f   th e   p r o p o s ed   ad ap tiv e   b ac k s tep p in g   co n tr o ller   with   in te g r al  ac tio n   f o r   th L I p o s itio n   tr ac k i n g ,   we  r u n   n u m er ical  s im u latio n   in   wh ich   th ef f ec tiv en e s s   o f   th p r o p o s ed   co n tr o ller   u n d e r   d if f er en o p e r atin g   co n d itio n s   is   test ed   ( ex ter n al  lo ad   d is tu r b an ce ,   f r icti o n   an d   m o v er   m ass   v ar iatio n ) .   T h o b tain e d   r esu lts   ar co m p ar ed   to   th o s o f   c o n v e n tio n al  b ac k s tep p in g   c o n tr o tec h n iq u e.   T h e   L I p ar am eter s   u s ed   f o r   s im u latio n   ar s h o wn   i n   T ab le.   1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A d a p tive  in teg r a b a ck s tep p in g   co n tr o ller   fo r   lin ea r   in d u cti o n   mo to r s   ( Oma r   Ma h mo u d i )   715   T ab le  1 .   L I M   p ar am eter s   P a r a me t e r   V a l u e   Rs   3 . 4   ( Ω )   Rr   1 . 9 5   ( Ω )   Ls   0 . 1 0 7 8   (H)   Lr   0 . 1 0 7 8   (H)   Lm   0 . 1 0 4 2   ( H )   P   2   M   5 . 4 7   ( K g )   Fc   2 6 . 3 6   ( N m.s / r d )       4 . 1 .   Ca s 1   ( k no wn pa ra m et er s )   First,  we  p r esen th e   s im u late d   r esu lts   f o r   a   p er i o d ic  s tep   r ef er en ce   with   k n o wn   p ar am et er s   an d   n o   lo ad   d is tu r b a n ce .   T h c o n tr o ll er   d esig n   p ar am eter s   a n d   u p d a te  laws  ar ch o s en   as  f o llo ws:   10 1 = k 1 . 0 ' 1 = k , 80 2 = k   001 . 0 1 = 8 . 0 2 = 500 3 = .   T h p o s itio n   tr ac k in g   r es p o n s is   s h o wn   i n   Fig u r 3 a.   T h ap p lied   elec tr o m ag n etic  f o r ce   is   s h o w n   in   Fig u r 3 b .   T h s tato r   cu r r en I q s   is   s h o wn   in   Fig u r 3 c.   An d   Fig u r 3 d .   s h o ws th r o to r   f lu x es.    T h o b tain ed   r esu lts   s h o g o o d   p er f o r m an ce   f o r   b o th   c o n v en tio n al  an d   ad a p tiv b a ck s tep p in g   co n tr o ller s   wh en   th p ar am ete r s   ar k n o wn   an d   in v ar ia n t.  T h p o s itio n   tr ac k in g   er r o r   co n v er g es  to   ze r o   with   fa s r esp o n s tim ab o u 0 . 5 s ,   th d ec o u p lin g   b etwe en   elec tr o m ag n etic   f o r ce   an d   r o t o r   f l u x   is   r ea lized ,   an d   we  ca n   s ee   th at  th e   r o t o r   f lu x   is   k ep co n s tan in   th s tead y   s tate  ( Fig u r 3 d )   wh ile  th e   ele ctr o m ag n etic   f o r ce   is   b ein g   co n tr o lled   b y   th v a r iatio n   o f   q u ad r atic  s tato r   cu r r e n t   I q s   ( Fig u r 3 b .   Fig u r 3 c . ) .   Nex t,  we  test   th r o b u s tn ess   o f   th p r o p o s ed   c o n tr o s ch em u n d er   t h ex is ten ce   o f   p ar am eter   u n ce r tain ties .   Fo r   th at  p u r p o s we  d ev i d th e   n ex t   s im u latio n   in to   th r ee   s tep s ,   ea ch   s tep   p r esen ts   p o s s ib le  p ar am eter   v a r iatio n   as  C ase  2 ,   3 ,   4 .               ( a)   ( b )               ( c)   ( d )     Fig u r 3 .   Ad a p tiv b ac k s tep p i n g   p o s itio n   c o n tr o l o f   L I with   k n o w n   p ar a m eter s ,     ( a)   p o s itio n   tr ac k in g   r esp o n s e,   ( b )   elec tr o m ag n etic  f o r ce ,   ( c)   s tato r   cu r r en t I q s ,   ( d )   r o to r   f lu x es     4 . 2 .   Ca s 2   ( lo a d dis t urba nce)   C ase  2 co n s tan f o r ce   d is tu r b an ce   o f   1 0 is   in jecte d   at  t =5 s   an d   r em o v ed   at  t=7 s .   T h o b tain ed   r esu lts   ar p r esen ted   in   Fig u r e   4 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po w   E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  10 ,   No .   2 J u n 2 0 1 9   :   709     719   716           ( a)   ( b )               ( c)   ( d )             ( e)   (f)     Fig u r 4 Ad a p tiv e   b ac k s tep p i n g   p o s itio n   c o n tr o l o f   L I with   ap p lied   l o ad   f o r ce   o f   1 0 N ,     ( a)   p o s itio n   tr ac k in g   r esp o n s e,   ( b )   zo o m   in   p o s itio n ,   ( c)   elec t r o m ag n etic  f o r ce ,   ( d )   z o o m   i n   elec tr o m ag n etic  f o r ce ,   ( e )   s tato r   cu r r en t I q s ,   ( f )   r o to r   f lu x es .       4 . 3 .   Ca s 3   ( 1 . 5 × D )   C ase  3 : f r ictio n   co ef f icien v ar iatio n   eq u als to   1 . 5 ×D .   T h e   o b tain ed   r esu lts   ar p r ese n ted   i n   Fig u r 5 .             ( a)   ( b )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A d a p tive  in teg r a b a ck s tep p in g   co n tr o ller   fo r   lin ea r   in d u cti o n   mo to r s   ( Oma r   Ma h mo u d i )   717           ( c)   ( d )         ( e)     Fig u r 5 .   Ad a p tiv b ac k s tep p i n g   p o s itio n   c o n tr o l o f   L I with   1 . 5 ×D ,   ( a)   p o s itio n   tr ac k in g   r esp o n s e,     ( b )   zo o m   in   p o s itio n ,   ( c )   elec tr o m ag n etic  f o r ce ,   ( d )   s tato r   c u r r en t I q s ,   ( e r o to r   f lu x es .       4 . 4 .   Ca s 4   ( 2 ×M )   C ase  4 : m o v er   m ass   v ar iatio n   eq u als to   2 ×M .   T h r esu lts   ar e   p r esen ted   in   Fig u r 6 .                 ( a)   ( b )               ( c)   ( d )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po w   E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  10 ,   No .   2 J u n 2 0 1 9   :   709     719   718       ( e)     Fig u r 6 .   Ad a p tiv b ac k s tep p i n g   p o s itio n   c o n tr o l o f   L I with   2 ×M ,   ( a )   p o s itio n   tr ac k in g   r esp o n s e,     ( b )   z o o m   in   p o s itio n ,   ( c )   elec tr o m ag n etic  f o r ce ,   ( d )   s tato r   c u r r en t I q s ,   ( e )   r o to r   f lu x es.       T h s im u lated   r esu lts   p r o v e   th at  ad ap tiv b ac k s tep p in g   co n tr o lle r   is   in s en s itiv ag ain s lo ad   d is tu r b an ce   an d   ca n   r ejec it  with   n ea r ly   n o   o v er s h o o t,  in   co n tr ar y   o f   co n v en tio n al  b ac k s tep p in g   wh er th e   co n tr o is   s en s itiv ca u s in g   a   f ailu r in   p o s itio n   tr ac k in g   wi th   n o n - n u ll  s tatic  er r o r   ( Fig u r 4 a.   Fig u r e 4 b . ) .   T h el ec tr o m ag n etiq u f o r ce   g en er ated   b y   th e   ad ap tiv e   co n tr o ller   h as  r is en   b y   1 0 N   af te r   ap p ly in g   th e   lo ad   f o r ce   in   o r d e r   to   ca n ce l t h d is tu r b an ce   ( Fig u r 4 c .   Fig u r 4 d . ) .     I n   ca s 3 ,   wh er th f r ictio n   co ef f icien h as  r is en   b y   5 0 %,  we  ca n   s ee   th at  th r esp o n s tim f o r   co n v en tio n al  b ac k s tep p in g   h a s   r is en   s lig h tly   t o   0 . 7 s ,   w h ile  f o r   t h a d ap tiv e   co n tr o ller   it   h asn b ee n   af f ec te d   ( Fig u r 5 a.   Fig u r 5 b . ) ,   th a s h o ws  th at  th e   p r o p o s ed   tech n iq u e   is   in s en s itiv ag ai n s f r ictio n   f o r ce     v ar iatio n   to o .   I n   th ca s o f   m o v er   m ass   ch an g to   d o u b le  v alu e ,   we  ca n   o b s er v th at  th ad a p tiv b a ck s tep p in g   co n tr o ller   is   alwa y s   in s en s itiv an d   ca n   ac h iev th e   d esire d   p o s itio n   tr ajec to r y   with   f ast  r e s p o n s tim an d   n o   o v er s h o o t,  wh ile  th co n v en ti o n al  b ac k s tep p in g   co n tr o ller   r esp o n s h as  o v er s h o b ef o r it  co u ld   ac h iev th e   d esire d   tr ajec to r y   ca u s in g   d e lay   in   r esp o n s tim as we ll ( Fig u r 6 a.   Fig u r 6 b . ) .     T h p r e v io u s   n u m er ical  v al id atio n s   s h o g o o d   p er f o r m an ce   an d   p r o v e   th r o b u s tn ess   o f   th ad ap tiv b ac k s tep p in g   co n t r o ller   ag a in s s u d d en   c h an g e s   th an k s   to   p ar am eter   u p d a te  lo ws  b ased   o n   L y ap u n o v   s tab ilit y ,   wh ich   g u ar an tees  th s tab ilit y   o f   t h e   g lo b al   s y s tem   d esp ite  o f   lo ad   d is tu r b a n ce   an d   p ar am eter   v ar iatio n s .   T h e   esti m ated   p a r am eter s   ar e   s h o wn   i n   Fig u r e   7 .   W ca n   o b s er v f r o m   t h f i g u r e   th at  th esti m ated   p ar a m eter s   co n v er g to   th e   r ea v alu es  with   ac ce p tab le  r esp o n s tim a n d   e r r o r   r an g e   allo win g   th co n tr o ller   to   tr ac k   th d esi r ed   tr ajec to r y   d esp ite  o f   p ar am eter   ch an g es.                 ( a)   ( b )       ( c)     Fig u r 7 E s tim ated   p a r am eter s ,   ( a)   lo ad   f o r ce   d is tu r b an ce ,   ( b )   v is co u s   f r ictio n   co ef f icien t,   ( c)   m o v er   m ass   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.