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 . 1 ,   N o . 1 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 1 ,   p p .   5 8 ~ 6 4   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4             5 8       R e c e i v e d   J u n   2 9 th ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   S e p t   3 r d ,   2 0 1 1 ;   A c c e p t e d   S e p 2 0 th ,   2 0 1 1   R N N   B a s e d   R o t o r   F l u x   a n d   S p e e d   E s t i m a t i o n   o f   I n d u c t i o n   M o t o r       B a m b a n g   P u r w a h y u d i 1 , 2 ,   S o e b a g i o 1 ,   a n d   M .   A s h a r i 1   1 I n s t i t u t   T e k n o l o g i   S e p u l u h   N o p e m b e r   S u r a b a y a   K a m p u s   K e p u t i h ,   S u k o l i l o ,   S u r a b a y a   2 U n i v e r s i t a s   B h a y a n g k a r a   S u r a b a y a   J l .   A .   Y a n i   1 1 4 ,   W o n o c o l o ,   S u r a b a y a   e - m a i l :   b m b _ p u r @ y a h o o . c o m       A b s t r a c t   S p e e d   c o n t r o l   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   c a n   b e   o b t a i n e d   b y   c l o s e d   l o o p   s y s t e m   w h i c h   r e q u i r e   s p e e d   s e n s o r .   S p e e d   s e n s o r   s y s t e m   i s   l e s s   e f f e c t i v e   f o r   w i d e   p l a n t   s y s t e m ,   b e c a u s e   t h e   s e n s o r   l o c a t i o n   i s   t o o   f a r   f r o m   t h e   m a i n   c o n t r o l   s y s t e m   a n d   m e a s u r e m e n t   r e s u l t   i s   l e s s   a c c u r a t e .   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   s p e e d   s e n s o r l e s s   f i e l d   o r i e n t e d   c o n t r o l   ( F O C )   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   b y   u s i n g   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   o b s e r v e r s .   T h e   o b s e r v e r s   o n l y   r e q u i r e d   t h e   s t a t o r   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   t o   o b t a i n   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   e s t i m a t i o n .   T h e   o b s e r v e r s   b a s e d   o n   r e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o r k   ( R N N )   m e t h o d s   a r e   i m p l e m e n t e d .   F i n a l l y ,   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   v e r i f i e d   b y   s i m u l a t i o n .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   s h o w   t h a t   R N N   o b s e r v e r   c a n   p r o d u c e   w e l l   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   e s t i m a t i o n .     M S E   v a l u e s   o f   t h e   r o t o r   f l u x   e s t i m a t i o n   a r e   b e t w e e n   0 . 0 0 0 0 8 7   a n d   0 . 0 0 0 2 6 4 ,   w h e r e a s   M S E   v a l u e s   o f   t h e   s p e e d   e s t i m a t i o n   a r e   b e t w e e n   4 3 . 0 5 5 2   a n d   1 5 6 . 0 7 9 8 .       K e y w o r d s :   f i e l d   o r i e n t e d   c o n t r o l ,   i n d u c t i o n   m o t o r ,   o b s e r v e r ,   a n d   r e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o r k .         1 .     I n t r o d u c t i o n   R e c e n t l y ,   i n d u c t i o n   m o t o r s   a r e   t h e   m o s t   u s e d   e l e c t r i c a l   m o t o r   i n   i n d u s t r i e s   s i n c e   t h e y   a r e   s i m p l y   i n   c o n s t r u c t i o n ,   r e l i a b l e ,   f l e x i b l e ,   i n e x p e n s i v e ,   h i g h   e f f i c i e n c y   a n d   f r e e   m a i n t e n a n c e   [ 1 ] .   H o w e v e r ,   t h e   i n d u c t i o n   m o t o r s   h a v e   d i s a d v a n t a g e   o f   d i f f i c u l t y   i n   m a i n t a i n i n g   a   c o n s t a n t   s p e e d   w h e n   t h e   l o a d   c h a n g e s .   B a s i c a l l y ,   t h e   i n d u c t i o n   m o t o r   s p e e d   r e g u l a t i o n   i s   r a t h e r   d i f f i c u l t ,   b u t   a f t e r   t h e   f i e l d   o r i e n t e d   c o n t r o l   ( F O C )   o r   v e c t o r   c o n t r o l   m e t h o d   i s   f o u n d ,   t h i s   p r o b l e m   c a n   b e   s o l v e d .   F O C   m e t h o d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   i s   w i d e l y   r e c o g n i z e d   a n d   b e c o m e s   p o p u l a r   a m o n g s t   t h e   s p e e d   c o n t r o l   t e c h n i q u e .   T h e r e   a r e   m a n y   m e t h o d s   p r o p o s e d   i n   t h i s   f i e l d   [ 2 , 3 ] .   F O C   i s   a   f i e l d   r e g u l a t i o n   m e t h o d   o f   a c   m o t o r   b y   c h a n g i n g   c o u p l e d   s y s t e m   t o   d e c o u p l e d   s y s t e m .   B y   t h i s   m e t h o d ,   e x c i t a t i o n   a n d   l o a d   c u r r e n t   c a n   b e   s e p a r a t e l y   c o n t r o l l e d ;   h e n c e   f l u x   a n d   t o r q u e   a l s o   c a n   b e   s e p a r a t e l y   c o n t r o l l e d   a s   i n   d c   m o t o r .   I n   i n d u s t r i a l   a p p l i c a t i o n ,   t h e   i n d u c t i o n   m o t o r   i s   r e q u i r e d   t o   o p e r a t e   i n   v a r i o u s   s p e e d s .   T h e s e   v a r i a b l e   s p e e d s   c a n   b e   o b t a i n e d   b y   u s i n g   c l o s e d   l o o p   s y s t e m   w h i c h   r e q u i r e s   s p e e d   s e n s o r .   H o w e v e r ,   t h e   s p e e d   s e n s o r   h a s   d i s a d v a n t a g e   i n   t e r m s   o f   l e s s   a c c u r a t e   m e a s u r e m e n t   r e s u l t   i f   t h e   s e n s o r   l o c a t i o n   i s   t o o   f a r   f r o m   t h e   m a i n   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   w i d e   p l a n t ,   t h e r e f o r e   s p e e d   s e n s o r   s y s t e m   i s   l e s s   e f f e c t i v e   f o r   t h i s   p l a n t   s y s t e m   [ 1 , 4 - 9 ] .     S p e e d   s e n s o r l e s s   c o n t r o l   m e t h o d s   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   u s i n g   s p e e d   e s t i m a t i o n   t o   r e p l a c e   s p e e d   s e n s o r   h a s   b e e n   d e v e l o p e d   s i n c e   1 9 8 0 .   W i t h   t h i s   m e t h o d ,   t h e   i n d u c t i o n   m o t o r   s p e e d   i s   e s t i m a t e d   f r o m   i n s t a n t a n e o u s   v a l u e   o f   s t a t o r   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t .   R e c e n t l y ,   t h e   o t h e r   m e t h o d s   a p p r o a c h   s u c h   a s   m o d e l   r e f e r e n c e   a d a p t i v e   s y s t e m   ( M R A S ) ,   e x t e n d e d   K a l m a n   f i l t e r   ( E K F )   a l g o r i t h m ,   e t c . ,   a r e   a l r e a d y   a p p l i e d   t o   a c h i e v e   t h e   a c c u r a t e   a n d   r o b u s t   s p e e d   e s t i m a t i o n   p e r f o r m a n c e   [ 2 - 9 ] .   H o w e v e r ,   a n   i n d u c t i o n   m o t o r   i s   a   n o n l i n e a r   d y n a m i c   p l a n t   t y p e   a n d   i t s   p a r a m e t e r   d e p e n d s   o n   t i m e   a n d   c o n d i t i o n   o f   o p e r a t i o n .   T h e r e f o r e ,   i t   i s   v e r y   d i f f i c u l t   t o   a c h i e v e   g o o d   p e r f o r m a n c e   f o r   o v e r a l l   s c a l e   s p e e d   a n d   t r a n s i e n t   c o n d i t i o n   u s i n g   p r e v i o u s   m e t h o d s .     T o   s o l v e   t h i s   c o n s t r a i n t ,   t h e   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n t   t e c h n i q u e s ,   s u c h   a s   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l ,   n e u r a l   n e t w o r k   ( N N )   a r e   v e r y   p r o m i s i n g   f o r   t h e   i d e n t i f i c a t i o n   a n d   c o n t r o l   o f   n o n l i n e a r   d y n a m i c a l   s y s t e m s .   T h e s e   m e t h o d s   a r e   p o w e r f u l   t o   a c h i e v e   a   d e s i r e d   w i d e   m a r g i n   o f   n o n l i n e a r   f u n c t i o n s   w i t h o u t   r e q u i r e m e n t   t o   a c k n o w l e d g e   t h e   i n t e r n a l   s y s t e m   b e h a v i o r .   I n   c a s e   o f   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k ,   t h e r e   h a v e   b e e n   s e v e r a l   i n v e s t i g a t i o n s   o f   N N   a p p l i c a t i o n s   t o   p o w e r   e l e c t r o n i c s   a n d   a c   d r i v e s   [ 4 , 6 - 9 ] .   I n   t h i s   p a p e r ,   o b s e r v e r   u s i n g   r e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o r k   ( R N N )   m e t h o d   i s   u t i l i z e d   t o   e s t i m a t e   t h e   s p e e d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   a c c o r d i n g   t o   t h e   s p e e d   r e f e r e n c e .   B a s i c a l l y ,   t h e   R N N   m e t h o d   i s   s i m i l a r   t o   f e e d - f o r w a r d   n e u r a l   n e t w o r k   e x c e p t   t h e   f a c t   t h a t   t h e y   c o n t a i n   f e e d b a c k   l o o p s   a r o u n d   t h e i r   n e u r o n s .   T h e   f e e d b a c k   l o o p s   a l s o   c o n t a i n   u n i t   d e l a y   o p e r a t o r s   ( z - 1 )   [ 1 0 ] .   B y   t h i s   a p p r o a c h ,   R N N   c a n   a p p r o x i m a t e   d y n a m i c   i n p u t   o u t p u t   m a p p i n g s   e i t h e r   l i n e a r   o r   n o n l i n e a r .       2 .     R e s e a r c h   M e t h o d   2 . 1 .   I n d u c t i o n   M o t o r   M o d e l   D y n a m i c   m o d e l   o f   a   t h r e e   p h a s e   i n d u c t i o n   m o t o r   c a n   b e   d e s c r i b e d   b y   d - q   c o o r d i n a t e   s y s t e m   i n   s t a t e   s p a c e   e q u a t i o n   f o r m   a s   [ 5 ]   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       R N N   B a s e d   R o t o r   F l u x   a n d   S p e e d   E s t i m a t i o n   o f   I n d u c t i o n   M o t o r   ( B a m b a n g   P u r w a h y u d i )   5 9   s r s r s d t d v B i A A A A i + = 0 1 2 2 2 1 1 2 1 1 l l     ( 1 )     w h e r e ,     [ ] T s q s d s i i i =     :   s t a t o r   c u r r e n t   [ ] T rq rd r l l l =   :   r o t o r   f l u x   [ ] T s q v s d v s = v   :   s t a t o r   v o l t a g e   r L s L M . 2 1 - = s   :   l i n k a g e   c o e f f i c i e n t   r R r L r = t       :   r o t o r   t i m e   c o n s t a n t     ( ) ( ) ( ) { } I I A 1 1 1 1 1 r a r s L s R = - + - = s t s s     ( ) ( ) { } J I J I A 1 2 1 2 1 1 2 i a r a r r r L s L M + = - = w t t     ( ) I I A 2 1 2 1 r a r M = = t     ( ) J I J I A 2 2 2 2 1 2 2 i a r a r r + = + - = w t     ( ) I I B 1 1 1 b s L = = t     = 1 0 0 1 I ;       - = 0 1 1 0 J       E l e c t r o m a g n e t i c   t o r q u e   ( T e )   c a n   b e   o b t a i n e d   b y   e q u a t i o n   ( 2 )   a s     ( ) s d i r q s q i r d r L M p T e l l - = 2 2 3                                                                                                                                             ( 2 )   R o t o r   s p e e d   a s   f u n c t i o n   l o a d   t o r q u e   a n d   e l e c t r o m a g n e t i c   t o r q u e   c a n   b e   e x p r e e s e d   a s     L T e T r g K d t r d p j - = + w w                                                                                                                                                                         ( 3 )   w h e r e ,   K g     =   f r i c t i o n   c o n s t a n t   ( k g . m 2 / s )   J     =   i n e r t i a   m o m e n t   ( k g . m 2 )   w r   =   r o t o r   s p e e d   ( r a d / s )     2 . 2 .   F i e l d   O r i e n t e d   C o n t r o l   S t r a t e g y   F i e l d   O r i e n t e d   C o n t r o l   ( F O C )   i s   a   f i e l d   r e g u l a t i o n   m e t h o d   o f   a c   m o t o r   b y   c h a n g i n g   c o u p l e d   s y s t e m   t o   d e c o u p l e d   s y s t e m .   T h i s   s y s t e m   r e f e r   t o   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l   b y   s e p a r a t i n g   b e t w e e n   c u r r e n t   i q s *   a n d   c u r r e n t   i d s *   t h r o u g h   a   c o o r d i n a t e   t r a n s f o r m .   B y   t h i s   a p p r o a c h ,   f l u x   a n d   t o r q u e   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   c a n   b e   s e p a r a t e d   a n d   i n d u c t i o n   m o t o r   c a n   b e   o p e r a t e d   a s   i n   d c   m o t o r .   B l o c k   d i a g r a m   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   b y   r e g u l a t i o n   o f   f i e l d   a n d   t o r q u e   c u r r e n t   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 .   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 P E D S     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     5 8     6 4   6 0   * d s i * q s i   F i g u r e   1 .   S p e e d   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 s       2 . 3 .   R e c u r r e n t   N e u r a l   N e t w o r k   R e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o r k   ( R N N )   i s   s i m i l a r   t o   f e e d - f o r w a r d   n e u r a l   n e t w o r k   ( F N N ) ,   h o w e v e r   R N N   c o n s i s t   o f   f e e d b a c k   l o o p   a r o u n d   n e u r o n .   F e e d b a c k   l o o p   a l s o   c o n s i s t   o f   u n i t   d e l a y   o p e r a t o r   ( z - 1 )   [ 9 , 1 0 ] .   B y   t h i s   a p p r o a c h ,   R N N   c a n   a p p r o x i m a t e   d y n a m i c   i n p u t   o u t p u t   m a p p i n g s   e i t h e r   l i n e a r   o r   n o n l i n e a r .     O n e   o f   p o p u l a r   R N N   s t r u c t u r e   w a s   i n t r o d u c e d   b y   E l m a n   a n d   c a l l e d   S i m p l e   R e c u r r e n t   N e t w o r k   ( S R N ) .   T h e   a r c h i t e c t u r e   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 . a .   I n p u t   l a y e r   i s   c a l l e d   r e c u r r e n t   o r   c o n t e x t   n e u r o n   a n d   c a r r y   o u t   a c t i v a t i o n   o f   h i d d e n   l a y e r   f r o m   p r e v i o u s   t i m e   s t e p   t h r o u g h   u n i t   d e l a y   o p e r a t o r .   O t h e r   p o p u l a r   s t r u c t u r e s   a r e   m o d i f i e d   E l m a n   s t r u c t u r e   ( F i g u r e   2 . b ) ,   J o r d a n   s t r u c t u r e   ( F i g u r e   2 . c )   a n d   B e n g i o   s t r u c t u r e   ( F i g u r e   2 . d )   [ 1 0 ] .                                                                                                 ( a )                                                             ( b )                                                           ( c )                                                                           ( d )                   F i g u r e   2 .   R N N   S t r u c t u r e s       L e a r n i n g   t e r m   o f   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k   i s   r e g u l a t i o n   p r o c e s s   o f   w e i g h t s   c o n n e c t i o n   b e t w e e n   n o d e s   b y   p a r t i c u l a r   m e t h o d ,   s o   t h a t   o b t a i n e d   d e s i r e d   w e i g h t s .   L e a r n i n g   p r o c e s s   m u s t   b e   p e r f o r m e d   t o   g u a r a n t e e   t h e   o u t p u t   o f   n e u r a l   n e t w o r k   a c c o r d i n g   t o   d e s i r e d   o u t p u t   ( t a r g e t ) .   I f   c o n n e c t i o n   w e i g h t s   a r e   n o t   a b l e   t o   p r o d u c e   d e s i r e d   o u t p u t ,   w e i g h t s   w i l l   b e   r e g u l a t e d   b y   p a r t i c u l a r   m e t h o d   t h r o u g h   c o n t i n u o u s   t r a i n i n g .   B y   t h i s   w a y ,   w e i g h t s   w i l l   h a v e   n e w   c o m p o s i t i o n   a n d   b e t t e r .   B y   t h i s   n e w   w e i g h t   c o m p o s i t i o n ,   d i f f e r e n t   b e t w e e n   n e u r a l   n e t w o r k   o u t p u t   a n d   d e s i r e d   o u t p u t   w i l l   b e   s m a l l .   H e n c e ,   t h e   o u t p u t   o f   n e u r a l   n e t w o r k   w i l l   b e   e q u a l   w i t h   d e s i r e d   o u t p u t .   A f t e r   n e u r a l   n e t w o r k   i s   t r a i n e d ,   t h e   n e u r a l   n e t w o r k   i s   r e a d y   t o   b e   v a l i d a t e d   a n d   u s e d .   V a l i d a t i n g   p r o c e s s   i s   s a i d   s u c c e s s   i f   n e u r a l   n e t w o r k   c a n   r e c e i v e   i n p u t   a n d   o b t a i n   o u t p u t   a c c o r d i n g   t o   o u t p u t   t a r g e t .   B a s e d   o n   p r o v i d i n g   o f   i n p u t   a n d   o u t p u t   d a t a ,   l e a r n i n g   m e t h o d   o f   n e u r a l   n e t w o r k   h a s   t w o   t y p e s :   s u p e r v i s e d   l e a r n i n g   a n d   u n s u p e r v i s e d   l e a r n i n g .   O n e   o f   p o p u l a r   s u p e r v i s e d   l e a r n i n g   m e t h o d s   i s   b a c k - p r o p a g a t i o n .     2 . 4 .   M o d e l i n g   o f   R N N   O b s e r v e r   T h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   m o d e l   s y s t e m   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   3 .   T h e   o b s e r v e r   i s   u s e d   t o   e s t i m a t e   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r .   T h e   o b s e r v e r   i n p u t s   o n l y   r e q u i r e   t h e   s t a t o r   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t .   T h e   p r o p o s e d   m e t h o d   o b s e r v e r   i s   r e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o r k   ( R N N ) .     R N N   o b s e r v e r   i s   u s e d   t o   e s t i m a t e   t h e   s p e e d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   c o n t a i n   o f   r o t o r   f l u x   o b s e r v e r   a n d   r o t o r   s p e e d   o b s e r v e r .   T h e   o b s e r v e r   i s   b a s e d   o n   d y n a m i c   e q u a t i o n   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   f o r   f o l l o w i n g   t h e   i n d u c t i o n   m o t o r   b e h a v i o r .   R N N   o b s e r v e r   i s   l e a r n e d   b y   u s i n g   d a t a   f r o m   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l   s u c h   a s   s t a t o r   v o l t a g e ,   c u r r e n t   v o l t a g e   a n d   r o t o r   s p e e d .   B y   t h i s   w a y ,   t h e   o b s e r v e r   c a n   e s t i m a t e   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r .   T h e   l e a r n i n g   p r o c e s s   o f   t h e   R N N   o b s e r v e r   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 .   T h e   c o n f i g u r a t i o n   o f   t h e   o b s e r v e r s   a f t e r   c o m p l e t i o n   o f   l e a r n i n g   p r o c e s s   t o   e s t i m a t e   t h e   r o t o r   s p e e d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   i s   p r o v i d e d   i n   F i g u r e   5 .   T h e   r o t o r   f l u x   o b s e r v e r   i n p u t s   a r e   t h e   s t a t o r   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t ,   w h e r e a s   i t s   o u t p u t   i s   r o t o r   f l u x   e s t i m a t i o n .   T h e   s p e e d   o b s e r v e r   i n p u t   a r e   s t a t o r   c u r r e n t   a n d   r o t o r   f l u x   e s t i m a t i o n   f r o m   r o t o r   f l u x   o b s e r v e r ,   w h e r e a s   i t s   o u t p u t   i s   r o t o r   s p e e d   e s t i m a t i o n .     R N N   o b s e r v e r   i s   b e g u n   w i t h   c o m p o s i n g   o f   R N N   a r c h i t e c t u r e   w h i c h   i s   c o n s i d e r e d   c o m p l e x i t y   s u c h   a s   t h e   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       R N N   B a s e d   R o t o r   F l u x   a n d   S p e e d   E s t i m a t i o n   o f   I n d u c t i o n   M o t o r   ( B a m b a n g   P u r w a h y u d i )   6 1   n u m b e r   o f   h i d d e n   l a y e r s   a n d   t h e   n u m b e r   o f   n e u r o n s   i n   h i d d e n   l a y e r s .   I n   t h e   l e a r n i n g   p r o c e s s ,   t h e   n u m b e r   o f   h i d d e n   l a y e r   w i l l   b e   a d d e d   i f   t h e   l e a r n i n g   e r r o r   i s   s t i l l   l a r g e r   t h a n   t a r g e t   e r r o r .   T h e   n u m b e r s   o f   i n p u t   a n d   o u t p u t   d a t a   f o r   t r a i n i n g   p r o c e s s   a r e   t a k e n   f r o m   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l .   T h e   n u m b e r   o f   n e u r o n s   i n   e v e r y   h i d d e n   l a y e r ,   l e a r n i n g   r a t e ,   m a x i m u m   e r r o r ,   a n d   m a x i m u m   e p o c h s   a r e   r e s p e c t i v e l y   1 0   n e u r o n s ,   0 . 5 ,   0 . 0 0 1 ,   a n d   1 0 0 0   e p o c h .   L e a r n i n g   a l g o r i t h m   u s e s   b a c k - p r o p a g a t i o n .             F i g u r e   3 .     B l o c k   D i a g r a m   o f   M o d e l   S y s t e m       s i r l r l ˆ l e                               r w w w w r w w w w ˆ w w w w e s i r l S p e e d   M o d e l   o f I n d u c t i o n   M o t o r O ( t ) H ( t ) I ( t ) H ( t - 1 ) + -                                           a .   R o t o r   F l u x   O b s e r v e r                                                                                               b .   S p e e d   O b s e r v e r     F i g .   4 .   L e a r n i n g   P r o c e s s   o f   R N N   O b s e r v e r       r w ˆ r l ˆ s i     F i g u r e   5 .   D i a g r a m   B l o c k   o f   R N N   O b s e r v e 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 P E D S     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     5 8     6 4   6 2 5 .     R e s u l t s   a n d   A n a l y s i s   T h e   e f e c t i v e n e s s   o f   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   v e r i f e d   b y   u s i n g   s i m u l a t i o n .   S i m u l a t i o n   i s   p e r f o r m e d   b y   c o m p a r i n g   t h e   r e s u l t s   o f   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   r o t o r   s p e e d   f r o m   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l   w i t h   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   e s t i m a t i o n   f r o m   R N N   o b s e r v e r .   Q u a l i t y   o f   e s t i m a t i o n   r e s u l t s   a r e   d e t e r m i n e d   b y   m e a n   s q u a r e   e r r o r   ( M S E ) .   M S E   c a n   b e   c a l c u l a t e d   b y   e q u a t i o n   ( 4 ) .     ( ) = ¢ - = n i i i y y n M S E 1 2 1     ( 4 )     w h e r e ,   n ,   y i ,   a n d   y i   a r e   r e s p e c t i v e l y   n u m b e r   o f   d a t a ,   a c t u a l   v a l u e s   a n d   e s t i m a t i o n   v a l u e s .   T h e   i n d u c t i o n   m o t o r   p a r a m e t e r s   a r e   a s   f o l l o w s :   r a t e d   v o l t a g e   o f   1 1 5 V ,   2   p o l e s ,   6 0 H z ,   s t a t o r   r e s i s t a n c e   o f   1 7 6 W ,   r o t o r   r e s i s t a n c e   o f   1 9 0 W ,   s t a t o r   i n d u c t a n c e   o f   3 . 7 9 H ,   r o t o r   i n d u c t a n c e   o f   3 . 3 1 H ,   m u t u a l   i n d u c t a n c e   o f   3 . 2 1 H ,   i n e r t i a   m o m e n t   o f   1 0 . 5 e - 6   K g . m 2 ,   a n d   f r i c t i o n   c o e f f i c i e n t   o f   1 . 9 e - 5   K g . m 2 / s .   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   a r e   s e q u e n t i a l l y   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   6 - 9 .   F i g u r e   6   a n d   8   s h o w s   t h e   r o t o r   f l u x   e s t i m a t i o n   f r o m   R N N   o b s e r v e r   a n d   r o t o r   f l u x   a c t u a l   f r o m   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l   f o r   s p e e d s   o f   2 5 0   r p m   a n d   1 2 5 0   r p m ,   r e s p e c t i v e l y .   I n   t h e s e   r e s u l t s ,   R N N   r o t o r   f l u x   o b s e r v e r   c a n   p r o d u c e   r o t o r   f l u x   e s t i m a t i o n   a c c o r d i n g   t o   r o t o r   f l u x   f r o m   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l .   M S E   v a l u e   o f   t h e   r o t o r   f l u x   e s t i m a t i o n   f o r   s p e e d s   o f   2 5 0   r p m   a n d   1 2 5 0   r p m   a r e   r e s p e c t i v e l y   0 . 0 0 0 1 4 1   a n d   0 . 0 0 0 0 8 7 .     F i g u r e   7   a n d   9   s h o w s   t h e   s p e e d   e s t i m a t i o n   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   f r o m   R N N   s p e e d   o b s e r v e r   a n d   s p e e d   a c t u a l   f r o m   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l   u n d e r   s p e e d s   o f   2 5 0   r p m   a n d   1 2 5 0   r p m ,   r e s p e c t i v e l y .   R N N   s p e e d   o b s e r v e r   c a n   a l s o   p r o d u c e   t h e   s p e e d   e s t i m a t i o n   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   a c c o r d i n g   t o   s p e e d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l .   M S E   v a l u e   o f   t h e   s p e e d   e s t i m a t i o n   f o r   s p e e d s   o f   2 5 0   r p m   a n d   1 2 5 0   r p m   a r e   r e s p e c t i v e l y   4 3 . 0 5 5 2   a n d   1 5 6 . 0 7 9 8 .   T a b l e   1   s h o w   c a l c u l a t i o n   r e s u l t   o f   t h e   M S E   v a l u e s   f o r   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   e s t i m a t i o n   f r o m   R N N   o b s e r v e r   u n d e r   d i f f e r e n t   s p e e d   c o n d i t i o n s .   M S E   v a l u e s   o f   t h e   r o t o r   f l u x   e s t i m a t i o n   a r e   b e t w e e n   0 . 0 0 0 0 8 7   a n d   0 . 0 0 0 2 6 4   w h e n   s p e e d   o f   1 2 5 0   r p m   a n d   s p e e d   o f   5 0 0   r p m .   M S E   v a l u e s   o f   t h e   s p e e d   e s t i m a t i o n   a r e   b e t w e e n   4 3 . 0 5 5 2   a n d   1 5 6 . 0 7 9 8   w h e n   s p e e d   o f   2 5 0   r p m   a n d   s p e e d   o f   1 2 5 0   r p m .       0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0     0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 T i m e   ( s ) f l u x   ( W b ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 T i m e   ( s ) f l u x   ( W b )               a .   E s t i m a t i o n                                                                   b .   M o d e l     F i g u r e   6 .     R o t o r   F l u x   E s t i m a t i o n   f o r   S p e e d   o f   2 5 0   r p m       0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0     1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 T i m e   ( s ) s p e e d   ( r p m ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0     1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 T i m e   ( s ) s p e e d   ( r p m )         a .   E s t i m a t i o n                                                                   b .   M o d e l     F i g u r e   7 .     S p e e d   E s t i m a t i o n   f o r   S p e e d   o f   2 5 0   r p m   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       R N N   B a s e d   R o t o r   F l u x   a n d   S p e e d   E s t i m a t i o n   o f   I n d u c t i o n   M o t o r   ( B a m b a n g   P u r w a h y u d i )   6 3     0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0     0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 T i m e   ( s ) f l u x   ( W b ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0     0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 T i m e   ( s ) f l u x   ( W b )               a .   E s t i m a t i o n                                                                   b .   M o d e l     F i g u r e   8 .     R o t o r   F l u x   E s t i m a t i o n   f o r   S p e e d   o f   1 2 5 0   r p m       0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0       5 0 0   1 0 0 0 1 5 0 0 T i m e   ( s ) s p e e d   ( r p m ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0       5 0 0   1 0 0 0 1 5 0 0 T i m e   ( s ) s p e e d   ( r p m )             a .   E s t i m a t i o n                                                                   b .   M o d e l     F i g u r e   9 .   S p e e d   E s t i m a t i o n   f o r   S p e e d   o f   1 2 5 0   r p m       T a b l e   1 .   C a l c u l a t i o n   R e s u l t   o f   M S E   v a l u e s   f o r   R N N   O b s e r v e r     S p e e d   ( r p m )   M e a n   S q u a r e   E r r o r   ( M S E )   V a l u e s   R o t o r   F l u x   E s t i m a t i o n   S p e e d   E s t i m a t i o n   2 5 0   0 . 0 0 0 1 4 1   4 3 . 0 5 5 2   5 0 0   0 . 0 0 0 2 6 4   5 2 . 1 4 7 1   7 5 0   0 . 0 0 0 1 7 4   1 2 6 . 4 3 6 7   1 0 0 0   0 . 0 0 0 1 2 3   9 9 . 9 1 4 8   1 2 5 0   0 . 0 0 0 0 8 7   1 5 6 . 0 7 9 8       6 .     C o n c l u s i o n   T h e   d e v e l o p m e n t   s p e e d   s e n s o r l e s s   c o n t r o l   f i e l d   o r i e n t e d   c o n t r o l   ( F O C )   m e t h o d   h a s   b e e n   p r e s e n t e d .   T h e   r o t o r   f l u x   o b s e r v e r   a n d   s p e e d   o b s e r v e r   w e r e   d e s c r i b e d   t o   e s t i m a t e   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r .   T h e   R N N   o b s e r v e r   r e q u i r e s   o n l y   t h e   s t a t o r   v o l t a g e s   a n d   c u r r e n t s   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   f o r   t h e   i n p u t   s i g n a l s .   R N N   o b s e r v e r   i s   e f f e c t i v e l y   u s e d   t o   e s t i m a t e   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   f o l l o w i n g   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   f r o m   i n d u c t i o n   m o t o r   m o d e l .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   s h o w   t h a t   R N N   o b s e r v e r   c a n   p r o d u c e   w e l l   t h e   r o t o r   f l u x   a n d   s p e e d   e s t i m a t i o n .   M S E   v a l u e s   o f   t h e   r o t o r   f l u x   e s t i m a t i o n   a r e   b e t w e e n   0 . 0 0 0 0 8 7   a n d   0 . 0 0 0 2 6 4 ,   w h e r e a s   M S E   v a l u e s   o f   t h e   s p e e d   e s t i m a t i o n   a r e   b e t w e e n   4 3 . 0 5 5 2   a n d   1 5 6 . 0 7 9 8 .           R e f e r e n c e s   [ 1 ]   P e t e r   V a s ,   S e n s o r l e s s   V e c t o r   a n d   D i r e c t   T o r q u e   C o n t r o l ,   O x f o r d   U n i v e r s i t y   P r e s s ,   1 9 9 8 .   [ 2 ]   N e d   M o h a n ,   A d v a n c e d   E l e c t r i c   D r i v e s :   A n a l y s i s ,   Co n t r o l   a n d   M o d e l l i n g   u s i n g   S i m u l i n k ,   M N P E RE ,   M i n n e a p o l i s ,   2 0 0 1 .   [ 3 ]   I o n   B o l d e a ,   a n d   S . A .   N a s a r ,   E l e c t r i c   D r i v e s ,   2 n d   E d i t i o n ,   T a y l o r   a n d   F r a n c i s ,   2 0 0 6 .   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 P E D S     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     5 8     6 4   6 4 [ 4 ]   M . G .   S i m o e s   a n d   B. K .   Bo s e ,   N e u r a l   N e t w o r k s   b a s e d   e s t i m a t i o n   o f   f e e d b a c k   s i g n a l   f o r   a   v e c t o r   c o n t r o l l e d   i n d u c t i o n   m o t o r   d r i v e s ,   I E E E   T r a n s .   O n   I n d u s t r y   A p p l i c a t i o n .   1 9 9 5 ;   3 1 ( 3 ) :   6 2 0 - 6 2 9 .   [ 5 ]   J e h u d i   M a e s   a n d   J a n   A .   M e l k e b e e k ,   S p e e d   S e n s o r l e s s   D i r e c t   T o r q u e   Co n t r o l   o f   I n d u c t i o n   M o t o r s   U s i n g   a n   A d a p t i v e   O b s e r v e r ,   I E E E   T r a n s .   O n   I n d u s t r y   A p p l i c a t i o n .   2 0 0 0 ;   3 6 ( 3 ) :   7 7 8 - 7 8 5 .   [ 6 ]   S . H .   K i m ,   T . S .   P a r k ,   J . Y .   Y o o ,   G . T .   P a r k ,   a n d   N . J .   K i m ,   S p e e d - S e n s o r l e s s   V e c t o r   Co n t r o l   o f   a n   I n d u c t i o n   M o t o r   U s i n g   Ne u r a l   Ne t wo r k   S p e e d   E s t i m a t i o n ,   I E E E   T r a 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 .   2 0 0 1 ;   4 8 ( 3 ) :   6 0 9 - 6 1 4 .   [ 7 ]   B.   P u r w a h y u d i ,   S o e b a g i o ,   a n d     M . H .   P u r n o m o ,   P e r b a n d i n g a n   N e u r a l   Ne t wo r k   O b s e r v e r   d a n   Ne u r a l   Ne t w o r k - G e n e t i k   A l g o r i t h n   O b s e r v e r   u n t u k   E s t i m a s i   Ke c e p a t a n   M o t o r   I n d u k s i ,   S e m i n a r   N a s i o n a l   A p l i k a s i   T e k n o l o g i   I n f o r m a s i   ( S N A T I   2 0 0 5 ) .   Y o g y a k a r t a .   2 0 0 5 :   C7 1 - C7 7 .   [ 8 ]   B.   P u r w a h y u d i ,   S o e b a g i o ,   a n d     M . H .   P u r n o m o ,   P e r a n c a n g a n   Ne t wo r k - G e n e t i k   A l g o r i t h n   O b s e r v e r   u n t u k   I d e n t i f i k a s i   Ke c e p a t a n   M o t o r   I n d u k s i ,   T h e   6 t h   S e m i n a r   o n   I n t e l l i g e n t   T e c h n o l o g y   a n d   I t s   A p p l i c a t i o n   ( S I T I A ) .   S u r a b a y a .   2 0 0 5 :   4 3 6 - 4 4 1 .     [ 9 ]   B.   P u r w a h y u d i ,   M . H .   P u r n o m o ,   S o e b a g i o ,   M .   A s h a r i ,   a n d   T .   H i y a m a ,   D e s i g n   o f   R e c u r r e n t   Ne u r a l   Ne t wo r k   O b s e r v e r   f o r   I n d u c t i o n   M o t o r ,   T h e   3 r d   I n t e r n a t i o n a l   S t u d e n t   Co n f e r e n c e   o n   A d v a n c e d   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   ( I CA S T ) .   S e o u l .   2 0 0 9 :   3 0 5 - 3 0 6 .   [ 1 0 ]   A l p e r   D e n a s i ,   M e t h o d s   f o r   S u p e r v i s e d   L e a r n i n g   o f   T a s k ,   P h i l i p s   A p p l i e d   T e c h n o l o g i e s ,   E i n d h o v e n ,   T r a i n e e s h i p   r e p o r t   n u m b e r :   D CT   2 0 0 8 . 0 4 3 ,   2 0 0 8 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.