I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   P o w e r   E l e c t r o n i c s   a n d   D r i v e   S y s t e m   ( I J P E D S )   V o l . 2 ,   N o . 1 ,   M a r c h   2 0 1 2 ,   p p .   4 3 - 5 0   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4             4 3       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J P E D S   D y n a m i c a l l y   R e c o n f i g u r a b l e   C o n t r o l   S t r u c t u r e   f o r   T h r e e   P h a s e   I n d u c t i o n   M o t o r   D r i v e s     R .   R a j e n d r a n * ,   N .   D e v a r a j a n * *   *   D e p a r t e m e n t   o f   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y ,   K a r p a g a m   Co l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   * *   D e p a r t e m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c s   E n g i n e e r i n g ,   G o v e r n m e n t   Co l l e g e   o f   T e c h n o l o g y       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   N o v   1 0 th ,   2 0 1 1   R e v i s e d     F e b   2 7 th ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   M a r   1 6 th ,   2 0 1 2         F i e l d   P r o g r a m m a b l e   G a t e   A r r a y s   ( F P G A s )   a r e   a   s u i t a b l e   h a r d w a r e   p l a t f o r m   f o r   t h e   i n d u s t r i a l   c o n t r o l   s y s t e m s .   T h e s e   d y n a m i c a l l y   r e c o n f i g u r a b l e   F P G A s   c a n   b e   u s e d   a s   a n   a l t e r n a t i v e   d i g i t a l   s o l u t i o n   t o   c o n v e n t i o n a l   m i c r o c o n t r o l l e r s   a n d   D S P s   t o   e n s u r e   f a s t   o p e r a t i o n .   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   t h e   f e a s i b i l i t y   o f   e m b e d d i n g   t h e   D i r e c t   T o r q u e   Co n t r o l   w i t h   S p a c e   V e c t o r   M o d u l a t i o n   ( D T C - S V M )   o f   a n   i n d u c t i o n   m o t o r   i n t o   F P G A . T h e   D T C - S V M   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   d r i v e s   i s   s i m u l a t e d   i n   a   M a t l a b / S i m u l i n k   e n v i r o n m e n t   u s i n g   a   X i l i n x   S y s t e m   G e n e r a t o r .     K e y w o r d :   F P G A   I n d u c t i o n   M o t o r   D T C - S V M   M a t l a b / S i m u l i n k   X i l i n x   S y s t e m   G e n e r a t o r   Co p y r i g h t   @   2 0 1 2   I n s i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   R . R a j e n d r a n ,     D e p a r t e m e n t   o f   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y , ,   K a r p a g a m   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   C o i m b a t o r e ,   T a m i l   N a d u ,   6 4 1   0 3 2 ,   I n d i a .   E m a i l :   r a j a _ m e i n @ y a h o o . c o . i n       1 .   I N T R O D U C T I O N                                     T h e   d i r e c t   t o r q u e   c o n t r o l   w i t h   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n   ( D T C - S V M )   b a s e d   i n d u c t i o n   m o t o r   d r i v e s   h a v e   b e e n   r a p i d   e x p a n s i o n   i n   r e c e n t   y e a r s .   T h e   S V M - D T C   w i t h   l o w   p a s s   f i l t e r   f e a t u r e s   c o n s t a n t   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y ,   l o w   t o r q u e   a n d   f l u x   r i p p l e   a n d   l o w   c u r r e n t   d i s t o r t i o n   [ 1 - 4 ] .     D i g i t a l   H a r d w a r e   I m p l e m e n t a t i o n   o f   e l e c t r i c a l   m o t o r   c o n t r o l l e r s   d e m a n d s   a   p e r f e c t   s a t i s f a c t i o n   o f   t h e   r e q u i r e d   p e r f o r m a n c e s .   I n   f a c t ,   i n   m a n y   i n d u s t r i a l   a p p l i c a t i o n s ,   s u c h   a s   a u t o m o t i v e ,   s p a c e   a n d   a i r c r a f t   s y s t e m s ,   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   p e r f o r m a n c e   c r i t e r i a   a r e   a s   f o l l o w s :   1 )   H i g h - l e v e l   o f   i n t e g r a t i o n   a n d   d e n s i t y   o f   t h e   u s e d   t a r g e t   f o r   t h e   c o n t r o l   i m p l e m e n t a t i o n :   2 )   E m b e d d e d   l o w - c o s t   s y s t e m s   b a s e d   o n   f u l l y   i n t e g r a t e d   c o n t r o l l e r s ,   w h i c h   e n s u r e   s e v e r a l   c o n t r o l   t a s k s                 b y   t h e   s a m e   d e v i c e ;   3 )   U s e   o f   h i g h - p e r f o r m a n c e   c o n t r o l   a l g o r i t h m s ;   4 )   F l e x i b i l i t y   t o   m o d i f y   c o n t r o l l e r   s t r a t e g y   a n d   p a r a m e t e r s ;   5 )   F a s t   i m p l e m e n t a t i o n   t i m e   b y   u s i n g   a n   a p p r o p r i a t e   d e s i g n   m e t h o d o l o g y ;   6 )   F a s t   r e a l   t i m e   c o m p u t a t i o n ;   7 )   R e l i a b i l i t y ,   a c c u r a c y   a n d   s a f e t y   i n   h a r s h   e n v i r o n m e n t   [ 5 - 8 ] .     F i e l d   p r o g r a m m a b l e   g a t e   a r r a y s   ( F P G A s )   a r e   d i g i t a l   i n t e g r a t e d   c i r c u i t s   ( I C s )   t h a t   c o n t a i n   c o n f i g u r a b l e   ( p r o g r a m m a b l e )   b l o c k s   o f   l o g i c   a l o n g   w i t h   c o n f i g u r a b l e   i n t e r c o n n e c t s   b e t w e e n   t h e s e   b l o c k s .   D e s i g n   e n g i n e e r s   c a n   c o n f i g u r e   ( p r o g r a m )   s u c h   d e v i c e s   t o   p e r f o r m   t r e m e n d o u s   v a r i e t y   o f   t a s k s . F P G A s   a r e   o f t e n   u s e d   t o   p r o t o t y p e   A S I C   d e s i g n s   o r   t o   p r o v i d e   a   h a r d w a r e   p l a t f o r m   o n   w h i c h   t o   v e r i f y   t h e   p h y s i c a l   i m p l e m e n t a t i o n   o f   n e w   a l g o r i t h m s .   H o w e v e r ,   t h e i r   l o w   d e v e l o p m e n t   c o s t   a n d   s h o r t - t i m e   t o   m a r k e t   m e a n   t h a t   t h e y   a r e   i n c r e a s i n g l y   f i n d i n g   t h e i r   w a y   i n t o   f i n a l   p r o d u c t s   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     4 3     5 0   4 4   B y   t h e   e a r l y - 2 0 0 0 s ,   h i g h   p e r f o r m a n c e   F P G A s   c o n t a i n i n g   m i l l i o n s   o f   g a t e s   h a d   b e c o m e   a v a i l a b l e .   S o m e   o f   t h e s e   d e v i c e s   f e a t u r e   e m b e d d e d   m i c r o p r o c e s s o r   c o r e s ,   h i g h - s p e e d   i n p u t / o u t p u t   ( I / O )   i n t e r f a c e s ,   a n d   t h e   l i k e .   T h e   e n d   r e s u l t   i s   t h a t   t o d a y s   F P G A s   c a n   b e   u s e d   t o   i m p l e m e n t   j u s t   a b o u t   a n y t h i n g ,   i n c l u d i n g   c o m m u n i c a t i o n s   d e v i c e s   a n d   s o f t w a r e - d e f i n e d   r a d i o s ,   r a d a r , i m a g e ,   a n d   o t h e r   d i g i t a l   s i g n a l   p r o c e s s i n g ( D S P )   a p p l i c a t i o n s ;   a l l   t h e   w a y   u p   t o   s y s t e m - o n - c h i p ( S o C )   c o m p o n e n t s   t h a t   c o n t a i n   b o t h   h a r d w a r e   a n d   s o f t w a r e   e l e m e n t s [ 8 ] .       2 .   P R I N C I P L E S   O F   D T C - S V M                               T h e   S V P W M   b a s e d   D T C   i s   b a s e d   o n   l o a d   a n g l e   c o n t r o l   s t r a t e g y   a n d   s i g n i f i c a n t l y   o v e r c o m e s   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   d r a w b a c k s   o f   c o n v e n t i o n a l   D T C   [ 9 - 1 1 ] .   A   s i n g l e   s p a c e   v e c t o r   t h a t   r e p r e s e n t   t h e   u s u a l   s p a c e   v e c t o r   t r a n s f o r m a t i o n   a p p l y   t o   a   t h r e e   p h a s e   v o l t a g e   s y s t e m   i s   d e f i n e d   a s                                                                                                                                                                                     u s =   ( u a + a u b + a 2 u c )                                                                               ( 1 )     W h e r e   a =   a n d ,   i t   i s   p o s s i b l e   t o   o b t a i n   a   s i m p l e   e q u a t i o n s   s e t   t h a t   d e s c r i b e   t h e   i n d u c t i o n   m o t o r   d y n a m i c   b e h a v i o r   i n   a   s t a t o r   f i x e d   c o o r d i n a t e   s y s t e m .   T h e s e   e q u a t i o n s   a r e :                                                                                   +                                                                           ( 2 )                                                                         -   j .   +                                             ( 3 )                                                                         =     +                                                                     ( 4 )                                                                             =   +                                                                   ( 5 )     T h e   b a s i c   r e l a t i o n   b e t w e e n   t o r q u e   a n d   m a c h i n e   f l u x e s   i s :   P [ X     ]                                                                                             ( 6 )                                                                                                                                                                       W h e r e ,   k n o w n   a s   l o a d   a n g l e   b e t w e e n   s t a t o r   a n d   r o t o r   f l u x e s   a s   s h o w n   i n   f i g u r e   1 .     A   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n   a l g o r i t h m   i s   u s e d   t o   a p p l y   t h e   r e q u i r e d   s t a t o r   v o l t a g e   v e c t o r .   I t   i s   e x p e c t e d   t h a t   t o r q u e   r i p p l e   i s   a l m o s t   e l i m i n a t e d ,   w h i l e   z e r o   s t e a d y   s t a t e   e r r o r   i s   a c h i e v e d   w i t h   f i x e d   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .   W i t h   o n e   P I   r e g u l a t o r ,   a   s i m p l e   f l u x   c a l c u l a t i o n   b l o c k   a n d   n o   r o t a t i n g   c o o r d i n a t e   t r a n s f o r m a t i o n   m a k i n g   t h e   c o n t r o l   s t r a t e g y   a   s t r a i g h t f o r w a r d   a p p l i c a t i o n   o f   e q u a t i o n ( 6 ) .   T h i s   i s   i l l u s t r a t e d   b y   t h e   c o n t r o l   b l o c k   d i a g r a m   o f   F i g u r e   2 .     F i g u r e   1 .   R e f e r e n c e   a n d   e s t i m a t e d   f l u x   r e l a t i o n s         F i g u r e   2 .   B l o c k   s c h e m e   o f   D T C - S V M   w i t h   c l o s e d   l o o p   t o r q u e   c o n t r o l     2 . 1     S p a c e   V e c t o r   M o d u l a t i o n   ( S V M )     T h e   c i r c u i t   m o d e l   o f   a   t y p i c a l   t h r e e - p h a s e   v o l t a g e   s o u r c e   P W M   i n v e r t e r   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   3 . S 1   t o   S 6   a r e   t h e   s i x   p o w e r   s w i t c h e s   t h a t   s h a p e   t h e   o u t p u t ,   w h i c h   a r e   c o n t r o l l e d   b y   t h e   s w i t c h i n g   v a r i a b l e s   a ,   a ,   b ,   b ,   c   a n d   c .   W h e n   a n   u p p e r   t r a n s i s t o r   i s   s w i t c h e d   o n ,   i . e . ,   w h e n   a ,   b   o r   c   i s   1 ,   t h e   c o r r e s p o n d i n g   l o w e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       D y n a m i c a l l y   R e c o n f i g u r a b l e   C o n t r o l   S t r u c t u r e   f o r   T h r e e   P h a s e   I n d u c t i o n   M o t o r   .   ( R .   R a j e n d r a n )   4 5 t r a n s i s t o r   i s   s w i t c h e d   o f f ,   i . e . ,   t h e   c o r r e s p o n d i n g   a ,   b   o r   c   i s   0 . T h e r e f o r e ,   t h e   o n   a n d   o f f   s t a t e s   o f   t h e   u p p e r   t r a n s i s t o r s   S 1 ,   S 3   a n d   S 5   c a n   b e   u s e d   t o   d e t e r m i n e   t h e   o u t p u t   v o l t a g e   [ 1 2 - 1 4 ] .   T h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   t h e   s w i t c h i n g   v a r i a b l e   v e c t o r   [ a ,   b ,   c ]   a n d   t h e   l i n e - t o - l i n e   v o l t a g e   v e c t o r     [ V a b   V b c   V c a ]   i s   g i v e n   i n   t h e   e q u a t i o n   ( 7 )                                                                                                                                                             = V d c                                                         ( 7 )     A l s o ,   t h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   t h e   s w i t c h i n g   v a r i a b l e   v e c t o r   [ a ,   b ,   c ] t   a n d   t h e   p h a s e   v o l t a g e   v e c t o r   [ V a ,   V b ,   V c ]   c a n   b e   e x p r e s s e d   b e l o w   a s   i n   e q u a t i o n   ( 8 ) .                                                         =                                                     ( 8 )                                       T h e r e   a r e   e i g h t   p o s s i b l e   c o m b i n a t i o n s   o f   o n   a n d   o f f   p a t t e r n s   f o r   t h e   t h r e e   u p p e r   p o w e r   s w i t c h e s .   T h e   o n   a n d   o f f   s t a t e s   o f   t h e   l o w e r   p o w e r   d e v i c e s   a r e   o p p o s i t e   t o   t h e   u p p e r   o n e   a n d   s o   a r e   e a s i l y   d e t e r m i n e d   o n c e   t h e   s t a t e s   o f   t h e   u p p e r   p o w e r   t r a n s i s t o r s   a r e   d e t e r m i n e d .     A c c o r d i n g   t o   e q u a t i o n s   ( 7 )   a n d   ( 8 ) ,   t h e   e i g h t   s w i t c h i n g   v e c t o r s ,   o u t p u t   l i n e   t o   n e u t r a l   v o l t a g e   ( p h a s e   v o l t a g e ) ,   a n d   o u t p u t   l i n e - t o - l i n e   v o l t a g e s   i n   t e r m s   o f   D C - l i n k   V d c ,   a r e   g i v e n   i n   T a b l e   1 .                        F i g u r e   3 . T h r e e - p h a s e   v o l t a g e   s o u r c e   P W M   I n v e r t e r     T a b l e   1 .   S w i t c h i n g   V e c t o r   T a b l e                                                                                                                                                               V o l t a g e   V e c t o r s   S w i t c h i n g   V e c t o r s   L i n e   t o   N e u t r a l   V o l t a g e   L i n e   t o   L i n e   V o l t a g e   a   b   c   V a n   V b n   V c n   V a b   V b c   V c a   V 0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   V 1   1   0   0   2 / 3   - 1 / 3   - 1 / 3   1   0   - 1   V 2   1   1   0   1 / 3   1 / 3   - 2 / 3   0   1   - 1   V 3   0   1   0   - 1 / 3   2 / 3   - 1 / 3   - 1   1   0   V 4   0   1   1   - 2 / 3   1 / 3   1 / 3   - 1   0   1   V 5   0   0   1   - 1 / 3   - 1 / 3   2 / 3   0   - 1   1   V 6   1   0   1   1 / 3   - 2 / 3   1 / 3   1   - 1   0   V 7   1   1   1   0   0   0   0   0   0       2 . 2   P I   C o n t r o l l e r                                 P I   c o n t r o l l e r s   a r e   f o u n d   i n   l a r g e   n u m b e r s   i n   a l l   i n d u s t r i e s .   T h e y   c o m e   i n   m a n y   d i f f e r e n t   f o r m s .     P I   c o n t r o l l e r s   a r e   a l s o   e m b e d d e d   i n   a l l   k i n d s   o f   s p e c i a l   p u r p o s e   c o n t r o l   s y s t e m .   T h e s e   c o n t r o l l e r s   h a v e   s e v e r a l   i m p o r t a n t   f u n c t i o n s :   t h e y   p r o v i d e   f e e d b a c k ,   t h e y   h a v e   t h e   a b i l i t y   t o   e l i m i n a t e   s t e a d y   s t a t e   e r r o r   [ 1 4 ] .       F i g u r e   4 .   B l o c k   d i a g r a m   o f   P I   C o n t r o l   s y s t e m     T h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   t o r q u e   c o n t r o l   l o o p   i s   s h o w n   i n   f i g u r e   4 . T h e   t r a n s f e r   f u n c t i o n   o f   d i g i t a l   P I   c o n t r o l l e r   i s   g i v e n   a s   f o l l o w s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     4 3     5 0   4 6         H ( s )   =   =   K P                                                                                                                                                                 ( 9 )     W h e r e :   K P -   c o n t r o l l e r   g a i n ,   T i - c o n t r o l l e r   i n t e g r a t i n g   t i m e .     2 . 3           T o r q u e   a n d   F l u x   E s t i m a t o r   w i t h   L o w   P a s s   F i l t e r   T h e   s i m p l e s t   m e t h o d ,   w h i c h   e l i m i n a t e s   p r o b l e m s   w i t h   i n i t i a l   c o n d i t i o n s   a n d   d c   d r i f t ,   w h i c h   a p p e a r   i n   p u r e   i n t e g r a t o r ,   i s   a   m e t h o d   w i t h   l o w - p a s s   f i l t e r .   I n   t h i s   c a s e   t h e   e q u a t i o n   c a n   b e   t r a n s f o r m e d   a s   f o l l o w s :                                                                                       ( 1 0 )     T h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   m e t h o d   w i t h   l o w - p a s s   f i l t e r   i s   p r e s e n t e d   i n   f i g u r e   5 .         F i g u r e   5 .   F l u x   E s t i m a t o r   b a s e d   o n   v o l t a g e   m o d e l   w i t h   l o w - p a s s   f i l t e r     T h e   e s t i m a t o r   s t a b i l i z a t i o n   t i m e   d e p e n d s   o n   t h e   l o w - p a s s   f i l t e r   t i m e   c o n s t a n t .   O b v i o u s l y ,   t h e   l o w - p a s s   f i l t e r   p r o d u c e s   s o m e   e r r o r s   i n   p h a s e   a n g l e   a n d   a   m a g n i t u d e   o f   s t a t o r   f l u x ,   e s p e c i a l l y   w h e n   t h e   m o t o r   f r e q u e n c y   i s   l o w e r   t h a n   t h e   c u t o f f   f r e q u e n c y   o f   t h e   f i l t e r   [ 2 ] .       3 .   M O D E L I N G   O F   S V M - D T C                                         I n i t i a l l y ,   a n   a l g o r i t h m   i s   d e s i g n e d   a n d   s i m u l a t e d   a t   t h e   s y s t e m   l e v e l   w i t h   t h e   f l o a t i n g - p o i n t   S i m u l i n k   b l o c k s e t s . A   h a r d w a r e   r e p r e s e n t a t i o n   f o r   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n   i s   t h e n   d e r i v e d   u s i n g   X i l i n x   S y s t e m   G e n e r a t o r   ( X S G ) ,   a   p l u g - i n   t o o l   t o   t h e   S i m u l i n k   m o d e l i n g   s o f t w a r e   [ 1 6 ] .   T h e   X S G   p r o v i d e s   a   b i t - a c c u r a t e   m o d e l   o f   F P G A   c i r c u i t s   a n d   a u t o m a t i c a l l y   g e n e r a t e s   a   s y n t h e s i z a b l e   V H D L   c o d e   f o r   i m p l e m e n t a t i o n   i n   X i l i n x   F P G A s .   F o r   D T C - S V M   m o d e l i n g ,   t h e   b l o c k s   u s e d   a r e   m o s t l y   m u l t i p l i e r s ,   a d d e r s ,   M A C s ,   e t c .     T h e   d e t a i l e d   s t e p s   a r e   s h o w n   i n   t h e   f o l l o w i n g   d i a g r a m   i n   f i g u r e   6 .   T h e   f i r s t   s t e p   i s   t o   d e t e r m i n e   t h e   p a r a m e t e r s   o f   t h e   p o w e r   e l e c t r o n i c   s e c t i o n   a n d   u s e   t h e m   t o   c r e a t e   a   m o d e l   u s i n g   t h e   P S B   b l o c k s .   A l s o   t h e   h a r d w a r e   s e c t i o n   o f   t h e   p r o t o t y p i n g   b o a r d   l i k e   t h e   A D C   c a n   b e   s i m u l a t e d   w i t h   a   m a t h e m a t i c a l   m o d e l .   I n   t h i s   w a y ,   t h e   c o n t r o l   a l g o r i t h m   w i l l   b e   s i m u l a t e d   a s   a n   e x a c t   r e p l i c a   o f   t h e   r e a l   s y s t e m .   T h e   n e x t   s t e p   i s   t h e   b u i l d i n g   o f   t h e   c o n t r o l   a l g o r i t h m   w i t h   t h e   u s e   o f   o n l y   X i l i n x   S y s t e m   G e n e r a t o r   b l o c k s   [ 1 7 - 1 9 ] .     T h e   n e x t   s t e p   i s   t h e   s i m u l a t i o n   o f   t h e   c o m p l e t e   s y s t e m   i n   S i m u l i n k   a n d   V H D L   c o d e   g e n e r a t i o n   w h i c h   i s   d o n e   w i t h   t h e   X i l i n x   S y s t e m   G e n e r a t o r   b l o c k .   T h e   p r o c e s s   i s   t o t a l l y   a u t o m a t i c   e x c e p t   t h e   c h o i c e   o f   t h e   F P G A   m o d e l   r e q u i r e d .   N o r m a l l y ,   t h e   F P G A   c o n t a i n s   s o m e   o t h e r   f u n c t i o n s   i n   a d d i t i o n   t o   t h e   a l g o r i t h m .   T h e r e f o r e   t h e   a l g o r i t h m   m u s t   b e   c o n n e c t e d   t o   t h e   r e m a i n d e r   o f   t h e   V H D L   c o d e .     3 . 1   D e s i g n   o f     S V P W M   M o d u l e     T h e   X i l i n x   b l o c k   c o n f i g u r a t i o n   t h a t   p r o d u c e d   t h e   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n   f o r   t h i s   c o n t r o l l e r   i s   p r e s e n t e d   i n   f i g u r e   7 ( a ) . T h e   i n p u t   m a g n i t u d e   a n d   t h e t a   v a l u e   t h a t   w a s   c o n v e r t e d   i n t o   a   b i n a r y   v a l u e   w a s   s e n t   i n t o   a   s a m p l e   a n d   h o l d   b l o c k   a s   s h o w n   i n   f i g u r e   7 ( b ) ,   t h a t   w a s   t h e n   s e n t   i n t o   a   M c o d e   b l o c k   t h a t   s e l e c t s   t h e   a p p r o p r i a t e   s e c t o r   o f   t h e   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n   h e x a g o n .     3 . 2   D e s i g n   o f   T o r q u e   a n d   F l u x   E s t i m a t i o n   m o d u l e     T h e   X S G   a n d   M a t l a b / S i m u l i n k   d e s i g n   o f   t o r q u e   a n d   f l u x   e s t i m a t o r   m o d u l e   a n d   i t s   s u b m o d u l e s   o f     D T C - S V M   w i t h   l o w   p a s s   f i l t e r   a r e   s h o w n   i n   f i g u r e   8 ( a ) - ( d ) .       3 . 3   D e s i g n   o f     P I   C o n t r o l l e r   M o d u l e     P I   c o n t r o l l e r   i s   m o d e l e d   u s i n g   X i l i n x   S y s t e m   G e n e r a t o r   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   9   . V e r y   c o m p l e x   d e s i g n s   c a n   b e   m a d e   e a s i l y   w i t h   g r a p h i c a l   a l g o r i t h m   a p p r o a c h   b y   u s i n g   t h e   X i l i n x   s y s t e m   G e n e r a t o r   i n   M a t l a b / S i m u l i n k   e n v i r o n m e n t .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       D y n a m i c a l l y   R e c o n f i g u r a b l e   C o n t r o l   S t r u c t u r e   f o r   T h r e e   P h a s e   I n d u c t i o n   M o t o r   .   ( R .   R a j e n d r a n )   4 7       F i g u r e   6 .   I n d u c t i o n   M o t o r   D r i v e   C o n t r o l l e r   D e s i g n   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   P r o c e s s                                                                                                             F i g u r e   7 ( a ) .   X i l i n x   M o d e l   o f   S V P W M               F i g u r e   7 ( b ) .   S a m p l e   a n d   H o l d   s u b s y s t e m           F i g u r e   8 ( a ) .   X S G   a n d   M a t l a b / S i m u l i n k   m o d e l   o f   t o r q u e   a n d   f l u x   e s t i m a t o r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     4 3     5 0   4 8   F i g u r e   8 ( b ) . M o d e l i n g   o f   C u r r e n t   T r a n s f o r m a t i o n       S u b s y s t e m   w i t h   X S G       F i g u r e   8 ( c ) . M o d e l i n g   o f   V o l t a g e   T r a n s f o r m a t i o n       S u b s y s t e m   w i t h   X S G       F i g u r e   8 ( d )   M o d e l i n g   o f   L o w   P a s s   F i l t e r           F i g u r e   9 .   X S G   m o d e l   o f   P I   c o n t r o l l e r       F i g u r e   1 0 ( a )   X S G   S i m u l a t i o n   o f   S V P W M ( S e c t o r   I   &   I I )       F i g u r e   1 0 ( b )   X S G   S i m u l a t i o n   o f   S V P W M   ( S e c t o r   I I I   &   I V )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       D y n a m i c a l l y   R e c o n f i g u r a b l e   C o n t r o l   S t r u c t u r e   f o r   T h r e e   P h a s e   I n d u c t i o n   M o t o r   .   ( R .   R a j e n d r a n )   4 9                                                                                                                                                                     F i g u r e   1 0 ( C )   K S G   s i m u l a t i o n   o f   t o r q u e   a n d   f l u x   e s t i m a t o r   w i t h   l o w   p a s s   f i l t e r       4 .   F P G A   S I M U L A T I O N   R E S U L T S   O F   S V M - D T C     T h e   S V P W M   b a s e d   D T C   f o r   i n d u c t i o n   m o t o r   i s   s i m u l a t e d   u s i n g   X S G   a n d   M a t l a b / S i m u l i n k   a n d   t h e   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   a t   v a r i o u s   s e c t o r s   o f   S V P W M   a r e   s h o w n   i n   f i g u r e   1 0 ( a ) - ( b ) ,   s i m u l a t i o n   o f   t o r q u e   a n d   f l u x   e s t i m a t o r   w i t h   l o w   p a s s   f i l t e r   a n d   s i m u l a t i o n   o f   P I   c o n t r o l l e r   i s   s h o w n   i n   f i g u r e   1 0 ( c ) .                                                   4 . 1 .   S y n t h e s i s   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   R e s u l t s       T h e   a b o v e   d e s i g n e d   m o d e l   i s   s y n t h e s i e d   u s i n g   i n b i l t   X i l i n x   S y n t h e s i s   T o o l   ( X S T )   a n d   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   p r o c e s s   i s   d o n e   u s i n g   X i l i n x   P l a n A h e a d   s o f t w a r e .   T h e   s i m u l a t i o n   o f     F P G A   i n t e r n a l   s t r u c t u r e   a n d   I / O   p i n s   a r e   a s   s h o w n   i n   F i g u r e 1 1 ( a )   & ( b ) .           F i g u r e   1 1 ( a )   I n t e r n a l   s t r u c t u r e   o f   F P G A         F i g u r e   1 1 ( b )   I / O   s t r u c t u r e   o f   F P G A         5 .             C O N C L U S I O N S   T h e   d i s g n   a n d   s i m u l a t i o n   o f   d y n a m i c a l l y   r e c o n f i g u r a b l e   c o n t r o l   s t r u t u r e   f o r   t h r e e   p h a s e   i n d u c t i o n   m o t o r   d r i v e s   w a s   d e v l o p e d   i n   t h i s   p a p e r .   T h e   h i g h   p e r f r o m a n c e   D T C - S V M   w i t h   l o w   p a s s   f i l t e r   o v e r c o m e s   t h e   d r a w b a c k s   o f   c o n v e n t i o a n l   D T C   s u c h   a s   v a r i a b l e   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y ,   t o r q u e   a n d   f l u x   r i p p l e s   a n d   c u r r e n t   d i s t o t i o n s . T h e   p r o p o s e d   c o n c e p t   i s   s i m u l a t e d   a n s   a l s o   t h e   r e s u l t s   a r e   p r e s e n t e d .           R E F E R E N C E S     [ 1 ]   T . G . H a b e t l e r ,   F . P r o f u m o ,   M . P a s t o r e l l i ,   D i r e c t   T o r q u e   c o n t r o l   o f   i n d u c t i o n   m a c h i n e s   u s i n g   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u c t r i a l   A p p l i c a t i o n s ,   v o l . 2 8 : 1 0 4 5 - 1 0 5 3 ,   1 9 9 2 .   [ 2 ]   T . A b e ,   F . P r o f u m o ,   G . G r i v a ,   a n d   T . H a b e t l e r ,   E v a l u a t i o n   o f   a   h i g h   p e r f o r m a n c e   i n d u c t i o n   m o t o r   d r i v e s   u s i n g     s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n , E l e c t r o m o t i o n   J o u r n a l ,   v o l . 2 :   p p . 7 9 - 8 6 ,   1 9 9 5 .   [ 3 ]   C. L a s c u ,   I .   Bo l d e a   a n d   F . Bl a a b j e r g , A   m o d i f i e d   d i r e c t   t o r q u e   c o n t r o l   ( D T C)   f o r   i n d u c t i o n   m o t o r   s e n s o r l e s s   d r i v e , Co n f e r e n c e   R e c o r d   o f   I E E E - I A S 9 8 ,   v o l . 1 ,   p p .   4 1 5 - 4 2 2 ,   1 9 9 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     4 3     5 0   5 0 [ 4 ]   D . Ca s a d e i ,   G . S e r r a ,   a n d   A . T a n i ,   S t a t o r   f l u x   v e c t o r   c o n t r o l   f o r   h i g h   p e r f o r m a n c e   i n d u c t i o n   m o t o r     d r i v e s   u s i n g   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n ,   E l e c t r o m o t i o n   J o u r n a l ,   v o l . 2 ,   n o . 2 ,   p p . 7 9 - 8 6 ,   1 9 9 5 .   [ 5 ]   L a h o u c i n e   I d k h a j i n e ,   E r i c   M o n m a s s i o n ,   e t   a l , F u l l y   I n t e g r a t e d   F P G A - Ba s e d   Co n t r o l l e r   f o r   S y n c h r o n o u s   M o t o r       D r i v e ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   V o l . 5 6 ,   N o . 1 0 ,   p p .   4 0 0 6 - 4 0 1 7 ,   O c t   2 0 0 9 .   [ 6 ]   M . W . N a o u a r ,   E .   M o n m a s s o n ,   a n d   A . A > N a a s s a n i , F P G A - b a s e d   c u r r e n t   c o n t r o l l e r s   f o r   A m a c h i n e   d r i v e s - A   r e v i e w , I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   V o l . 5 4 ,   N o . 4 ,   p p . 1 9 0 7 -   1 9 2 5 ,   A u g . 2 0 0 7 .   [ 7 ]   J . J . Ro d r i g u e z - A n d i n a ,   M . J . M o u r e ,   a n d   M . D . V a l d e s , F e a t u r e s ,   d e s i g n   t o o l s ,   a n d   a p p l i c a t i o n   d o m a i n s   o f   F P G A s ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n c i s ,   V o l . 5 4 ,   N o . 4 ,   p p . 1 8 1 0 - 1 8 2 3 ,   A u g . 2 0 0 7 .   [ 8 ]   E . M o n m a s s o n ,   M . N . Ci r s t e a ,   a t   a l ,   F P G A   D e s i g n   M e t h o d o l o g y   f o r   I n d u s t r i a l   C o n t r o l   S y s t e m s -   a   Re v i e w ,   I E E E   T r a n s a c t i o n   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   V o l . 5 4 ,   N o . 4 ,   p p . 1 8 2 4 - 1 8 4 2 ,   A u g . 2 0 0 7 .   [ 9 ]         H a b e t l e r ,   T . G . ,   P r o f u m o ,   F . ,   a n d   P a s t o r e l l i . M ,   D i r e c t   t o r q u e   c o n t r o l   o f   i n d u c t i o n   m a c h i n e s   o v e r   a   w i d e   s p e e d   r a n g e ,   P r o c e e d i n g s   o f   I E E E - I A S   Co n f e r e n c e ,   p p . 6 0 0 - 6 0 6 ,   1 9 9 2 .   [ 1 0 ]     Ca s a d e i ,   D . ,   S e r r a ,   G . ,   a n d   T a n i ,   A . , I m p l e m e n t a t i o n   o f   a   d i r e c t   c o n t r o l   a l g o r i t h m   f o r   i n d u c t i o n   m o t o r s   b a s e d   o n   d i s c r e t e   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   v o l . 1 5 ,   p p . 7 6 9 - 7 7 7 ,   2 0 0 0 .   [ 1 1 ]   T s u n g - P o   C h e n . ,   Y e n - S h i n   L a i . ,   a n d   Ch a n g - H u a n   L i u . A   n e w   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n   t e c h n i q u e   f o r   i n v e r t e r     c o n t r o l , P o we r   E l e c t r o n i c s   S p e c i a l i s t   C o n f e r e n c e ,   v o l . 2 ,   p p . 7 7 7 - 7 8 2 ,   1 9 9 9 .   [ 1 2 ]       B. K . Bo s e ,   P o we r   E l e c t r o n i c s   a n d   A D r i v e s   ( P r e n t i c e -   H a l l ,   1 9 8 6 ) .   [ 1 3 ]       B. K . Bo s e ,   M o d e r n   P o we r   E l e c t r o n i c s :   E v o l u t i o n ,   T e c h n o l o g y ,   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   ( I E E E   P R E S S ,   N e w   Y o r k   1 9 9 2 ) .   [ 1 4 ]     J . H o l t z ,   P u l s e   W i d t h   M o d u l a t i o n   f o r   E l e c t r o n i c   P o w e r   Co n v e r s i o n ,   I E E E   P r o c e e d i n g s ,   v o l . 8 2 ,   N o . 8 ,   p p . 1 1 9 4 - 1 2 1 4 , A u g   1 9 9 4 .   [ 1 5 ]     T a k a h a s h i ,   I . ,   a n d   O h m o r i ,   Y .   H i g h   P e r f o r m a n c e   D i r e c t   T o r q u e   Co n t r o l   o f   a n   I n d u c t i o n   M o t o r ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r i a l   A p p l i c a t i o n s ,   v o l . 2 ,   p p . 2 5 7 6 - 2 6 4 ,   1 9 8 9 .   [ 1 6 ]       Ca s a d e i ,   D . ,   P r o f u m o ,   F . ,   S e r r r a ,   G . ,   a n d   T a n i ,   A .   E f f e c t s   o f   f l u x   a n d   t o r q u e   h y s t e r e s i s   b a n d   a m p l i t u d e   i n   d i r e c t   t o r q u e   c o n t r o l   o f   i n d u c t i o n   m a c h i n e s ,   P r o c e e d i n g s   o f   I E E E -   I E CO N - 9 4 ,     p p .   2 9 9 - 3 0 4 ,   1 9 9 4 .   [ 1 5 ]     K a t s u h i k o   O g a t a , M o d e r n   Co n t r o l   E n g i n e e r i n g ,   F o u r t h   E d i t i o n ,   P H I   L e a r n i n g       P r i v a t e   L i m i t e d ,   2 0 0 9 .   [ 1 6 ]     A m o l   A . ,   K a l a g e . ,   V a s a n t . M . M o d e l l i n g   a n d   s i m u l a t i o n   o f   F P G A   b a s e d   d i r e c t   t o r q u e   c o n t r o l   o f   i n d u c t i o n   m o t o r     d r i v e ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   R e c e n t   T r e n d s   i n   E n g i n e e r i n g ,   v o l . 1 ,   p p . 7 2 - 7 4 ,   2 0 0 9 .   [ 1 7 ]     J o a o   L i m a ,   Ri c a r d o   M e n o t t i ,   A   m e t h o d o l o g y   t o   d e s i g n   F P G A   b a s e d   P I D   c o n t r o l l e r s ,   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   Co n f e r e n c e ,   V o l . 1 ,   P P . 1 6 0 - 1 6 8 ,   2 0 0 8 .   [ 1 8   ]     S y s t e m   G e n e r a t o r   f o r   D S P - G e t t i n g   s t a r t e d   g u i d e ,   X i l i n x ,   2 0 0 8 .   [ 1 9 ]       S y s t e m   G e n e r a t o r   f o r   D S P   p e r f o r m i n g   h a r d wa r e - i n - t h e - l o o p   wi t h   t h e   S p a r t a n T M - 3 E   s t a r t e r   k i t ,   X i l i n x ,   2 0 0 6 .       B I B L I O G R A P H Y   O F   A U T H O R S           R . R a j e n d r a n   A s s i s t a n t   P r o f e s s o r ,   D e p a r t m e n t   o f   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y ,   K a r p a g a m   Co l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   Co i m b a t o r e ,   I n d i a .   H e   r e c e i v e d   BE   ( E E E )   f r o m   CI T   a n d   M E   ( E l e c t r i c a l   M a c h i n e s )   f r o m   P S G ,   Co i m b a t o r e   i n   t h e   y e a r   2 0 0 0   a n d   2 0 0 6   r e s p e c t i v e l y .   H e   i s   c u r r e n t l y   p u r s u i n g   d o c t o r a l   r e s e a r c h   a t   A n n a   U n i v e r s i t y ;   Co i m b a o r e . H i s   r e s e a r c h   a r e a   i n c l u d e s   E l e c t r i c   D r i v e s   a n d   Co n t r o l ,   A u t o m o t i v e   P o w e r   E l e c t r o n i c s   a n d   S p e c i a l   M a c h i n e s   a n d   C o n t r o l l e r .           D r .   N .   D e v a r a j a n ,   P r o f e s s o r ,   E E E   D e p t . ,   G o v e r n m e n t   Co l l e g e   o f   T e c h n o l o g y ,   Co i m b a t o r e .   H e   r e c e i v e d   B. E   ( E E E )   a n d   M . E   ( P o w e r   S y s t e m s )   f r o m   G C T   Co i m b a t o r e   i n   t h e   y e a r   1 9 8 2 a n d   1 9 8 9 .   H e   r e c e i v e d   P h . D   i n   t h e   a r e a   o f   C o n t r o l   S y s t e m s   i n   t h e   y e a r   2 0 0 0 .   H e   p u b l i s h e d   8 5   p a p e r s   i n   t h e   n a t i o n a l   a n d   i n t e r n a t i o n a l   c o n f e r e n c e s .   H e   p u b l i s h e d   3 6   p a p e r s   i n   i n t e r n a t i o n a l   j o u r n a l s   a n d   1 3   p a p e r s   i n   n a t i o n a l   j o u r n a l s .     U n d e r   h i s   s u p e r v i s i o n   c u r r e n t l y   1 5   r e s e a r c h   s c h o l a r s   a r e   w o r k i n g   a n d   8   s c h o l a r s   c o m p l e t e d   t h e i r   P h . D .   H i s   a r e a s   o f   i n t e r e s t s   a r e   c o n t r o l   s y s t e m s ,   e l e c t r i c a l   m a c h i n e s   a n d   p o w e r   s y s t e m s .   H e   i s   m e m b e r   o f   s y s t e m   s o c i e t y   o f   I n d i a ,   I S T E   a n d   F I E .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.