In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  4, D e c e m ber   201 9,  pp.  1742~ 17 50  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 4.pp1742-1750          1742     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Speed p erformance evaluation  of BLDC  motor based on  dynamic wavelet neural n etw o rk and PSO algorithm       Adel  A h m e d   O bed 1 ,   Am eer Latee f   S aleh 2 ,   Abb a s Kareem Kad h im 3   1  D e p a rtm e n t  o f El ectri c a l   E ngi n eeri n g , Mid dl e   Tech nical  Un i v e rsi ty ,   Iraq   2  Dep a rt m e nt of E l ect rical En g ineer ing, U n i vers i t y of Mis an,   Iraq   3  D e p a rtm e n t  o f El ectrical  P o w er En g i n eerin g Techn i q u es,   M i d d le T ech nical  Univ e rsit y ,  Iraq   +    Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  Dec  31,  2018   Re vise d Mar   1 1 ,  201 9  Ac ce p t ed  J un  1 7 ,  2 019      In  t his  pap e r,  s ev eral  m eth ods   a re  d ev el op ed  t o   con t rol   th e  bru sh le s s   DC   (BLD C)  m otor  s peed.   S i nce  it   i s  d i ff icu l t   t o   g e t   a   g oo d  sh owi n g   b y   ut il i z in g   clas si ca l   P I D  cont roll er,  t h e  Dy n a m i c  W a vel e t  Ne u r al  N etwo rk  ( D W NN)  i s   th e  pro pos ed  w ork   in  t his  p a per,   w it h   p a ra l l el   P ID  c on troll e r  t o  o b t a i n  a   no vel   con t ro ller  n am ed D W NN-P I D   con t roller.  I t collects   t h e  art i f ici a l  neural  abi l i t y   of   i ts   n etw o rks   f o r  im partin g  f r om   m o t o r   o f   BL DC  w i t h   d rive   s ys t e m  and  t h e  abi lity  o f   iden t i fi ca t i on  f or  t he  w avelet   d ecompositi on   a n d   c o ntro l  of  th e  dy nam i c  system  f u r th ermo re  t o   hav e   a bi lity   f or  a d a pting  an d  s e l f - learn i n g .  Th e  s u g g est e d  con t ro lle r  method  i s  u t i lizing  to  c ont r o l  t h e   s p e e d  o f   B L D C   m o t o r  o f   w h i c h   s u p p l y  a  b e t t e r   s h o w i n g   t h a n  u t i l i z i n g  c l a s sical  con t ro llers   wit h   a   w id e  ran g e  of   c on tro l .  Th e  p r o p os ed  c on troll er  p aram eters   are  m a tched   con tin uo u s ly  u s i ng   P articl e  Swarm   Opti mizati on  (PSO )  algorithm.   T he  s imula tion   results   b as ed  o n  pro p o s ed   D W NN-P I D   co nt rol l er  dem o nst r ate   a  s u peri or  i n  th e   stab ility   a n d   p erf o rm an ce  com p are d   at   u ti li zi ng  clas si ca l   W N N - P I D   an d  con v ent i o n al  P ID  c on tro l lers.  T h e  s i mula t ion  resu l t s  are  acco m p l i sh ed  u sin g   M atl a b/S i m u lin k .   I t   s hows   that   t he  p ropo sed   cont rol  scheme h as a su p e ri o r  perfor m an ce. K eyw ord s :   Al go rit h m o f  P SO   BL D C   m otor   Dy n a mi c RWNN  S i m u l a t i o n   a nd  m odeli n g   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   A bbas  K a re em K a dhi m ,   D e pa rtme nt   o f  El e c t rica l   P o w e r Engi nee r i n g   Tec h n i que s,   Mi ddl e   Te ch n i ca l   Un iv e r s ity ,   Ba gh da d,  I ra q.   Em ail:  alzu ba i d y _ a bba s@ ya ho o.com       1.   I N TR OD U C TI O N   T h e   t y p e  o f   B L D C  m o t o r  h a s  a  d i f f e r e n t  o f   a p p l i c a t i o n s   i n   a e r o s pa ce,   a utom ot iv e,   i nd u s tria l   aut o m a t i on,   m il i t a r y,   h ouse h old  pr oduc t s ,   com p u t e r s,  e tc .  beca u se  o f  i t s  h i g h e r   e f f ic i e nc y,  h i g her  t o rq ue ,  low e r  w e ig h t ,   go o d   e ffic i enc y ,   incre a si n g   p ow er   d ens ity,   simp le   i n  c o nstruc t i o n ,  ease   of  c o n t r o l   an d  less  o f   ma int e na nce   [1,  2] .  A   BLD C   m otor  i s  a   typ e   o f  perm ane n t  sync h r o n o u s   m otor  w i t h  r o tor  po si t i o n   f ee dba c k .   It  i s  ge nera l l y  dri v en   b y  ut i l iz in g  a   thr ee- ph a s e   p o w e r   sem i c o n du ct o r   b ridg e .   T h e   B LD C   mo t o r   i s   com m uta t i o n  e l e c tr on ica l l y   b y  i t s  t h re e-pha se   i nv e r ter   bas e d  o n   r ot or  f ee d b a c k   p o s i tio n   ins t e a d   o f  usi ng  t h e   brus hes.  T he  pos i tio n  of  t h e   r otor   i s  req u ire d   f or  m ot or  s tart i ng  a n d  t o   s u ppl y  a   pro p er   s eq ue nce   o f   com m uta t i o n  t o   c o n t r ol   t he  p ow e r   d ev ice s   i n  t h e  i nver t er  b r i dge .  The  m o t o r  co nsi s ts  o f  a  r o tor  o f   p e r m a nent   ma gnet   a n d   sta t or  w ind i n g   d istrib u t ed   t o   ge nera te  t he  t rapez o i d a l   b a c k- EMF   w a ve for m s  a nd  a r e  fe d  w i th   rec t an gu lar  sta t or  c ur ren t s,  w hic h   g i v e  a  t h eor e t i c a l l y  c o n s t a n t   tor que.   T h e  o p er at i o n  o f   t he  B LD C  m o tor  esta bl ishe d  up on  the  sw i t c h ing  the  phas e s  by  t h e   in ver t er   w hen  t u rn in g  O N   t w o   phase s  at  a ny  t i me   w hi le  t he   rest  phase  i s  f l oa t   w h e r e  eve r y  6 0   d e g r ees  t he  t w o   pha se s  a r e  e nergize d   a nd  c h an ge d  seque n tia l l y   e st a b lis he d   up o n   t he  r o t or  pos it io n  [1,  3].   D u e   t o   e lec t ro ni c   c o mm uta t i on,  th is  t y p e   o f   m otor  h a s   a   m ore   c o mp le x  c ontro l  a l go rith m  c o mp a r e d   w i t h   othe r  mo t o rs .  To   g et   a   c o m pl et e  an d   exq uis i t e   c on tro l   s c h e m e   for  BLD C   m o t or ,  an   ac cura t e   m o d el   i s  requ ired.   T h e  mot o r  m ode l  is  t hen  the  he a r t  o f  it s  co ntr o l  dr ive   si nce   the   de ve lo pe d  t o rq ue  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Speed per f or m a nce evaluation of  BL DC m o tor  b a sed on dy nam i c  wavel e t   neural ... (Adel  Ahmed O b ed)  1 743 rela t e d  t o   t r a p e z o ida l   b ac k  e m f  and  curr en t   is  p r odu c e d  [3].   A   rotor  position  is  n eces sary  u s i ng  s ensors  t o  d e t e rmin e   th e   in t e r v al   o f   th e   n e xt   c o mmu t a ti on .  Th e   B L D C   m o t o r   c a n  b e   c on t r ol led  b y   va ryi ng  t h e   D C   b us  vo lta ge or   b y  c on t r o lli n g  the  dut y  cycle  o f   t he  P WM m eth od [5,   6].     The   sta t or  h a s   t hre e   w i ndi ng s  an d  t h e  ro to r  has  perm ane n t  m a gne ts   t o  bu i l d   u p   B LD C  m o t o r.   A  trape z o i d a l   s ha pe  o f  th e   mu tu al  i nduc t a nc e   a m ong  the  tw o  m a in  p ar t s   o f  t h e  mot o r,   s ta t o r   a nd  r o tor ,   m akes  a   t r a p ezo id al   b ack -e mf   i n   th e   w i nd ing   of   t h e   s t a to r.  T h e   a nal ogo u s  t h re e-pha se   c i r cu i t ,   BLD C   m otor   o f  s t a r - con n ec ted u s ed   i n th i s   w ork dr i v e n  b y it s thre e - phase  i nver t e r   is show n i n   F ig ure  1 [1 - 6 ].            F i gure  1.  T hree -phase  i nv e r te r w ith  a n  anal o g o u s c i r c u i t   of  B LD C m o tor d r ive       The  de ve lo pm ent   i n   t he  i n d u str i a l   f i e l d   d e m and  hi g h   r el i a ble,   h igh   a ccu ra cy ,  rap i d   resp on s e ,  and  go o d   e ffic ie nt  d ri ves;  t her e fo re ,  the  spee d  con t ro l  of  t he  m oto r   sys t em   d r i ve  i s  es senti a l.  C lass ical   c ontr olling  by  P I D   is  s tab l e,   s im pl e   an d  ea sy  p ara m e t e r   a dj ust i n g .   U n l e ss  i n   g e n e ra lity   i n d u s t r i a l   d r iv e s   w i t h   a   d i f fe ri ng  degre e   o f  n o n l inear ,  unce r tai n ty  i n  m a th em atica l   m o d el in g  o f   t h e  sy st em  p a r amet e r   v ari a bi l i t y   a n d   ad ju sti ng  p a r a m e t e r s  o f   P I D   c o n t r o l l e r  a r e  d i f f i c u l t ,  i n f e r i o r   r o b u s t n e s s ,  su bse que ntl y ,  i t   i s  n o t  easy  to   r ea l i ze   t he   op tim al  c ase  u nde r  leve l  c o n d it io ns  i n  the   tr ue  p ro duc ti on .  To  ge t  m o re  a cc urate  a nd  b e tter  perfor ma nce,   A   Fr actio nal  Or d e r  PID  contro l l er  i s  u t i l i zed  h ere   to  c o n t ro l  t h e   s pee d   o f  th is  m otor .  Thi s   c on t r o ller   add s   fle x ib i l i t y  a nd  m a kes  t h e   sys t e m  m o r e robus t   thus,   e n ha nc i ng i t s   dyn a m i c  p erf o rma n ce  [ 6-9 ] .    In  t he  p ast  dec a d es,  in te lli gen t   c o n tr ol  t ech n i que s  suc h   a s  fuz z y   l o g i c,   n e u ral  ne tw ork( N N ) ,   w a vele t  netw ork  a n d  t h e  w a ve l e t   ne ur al  n e t w o rk( W N N )  have   b ee n  use d   t o   c o n tr ol   t he   B LD C  m o t o r  dri v e   system   [1 0,1 1 ] .   T he   B LD C  mot o r  i s   c on side red  as  m ulti var i a b l e   s ys t e m  a nd  n o n - li nea r .  There f ore   it   i s  no t   ea sy  t o   rea l i z e  a  fu lfil l   r e sult  for   BL DC  m ot or  u ti l i zin g   l i n ea r  clas si ca l  co ntr o l  m e t h o d s.  A   W N N   i s  impro v e d   i n  t h i s   pape r  to  a c h i e ve  h i gh  c ontr o l   o f   a c c u ra cy ,  hi gh   p e rfor m anc e ,   a n d   dy n a mi c  cha r ac t e ri st i c   a n d   p owerf u l  ro bu stn e ss.  T he   W NN -P ID  c o n t r ol l e r  b a sed  o n   PS O  t e c h ni qu e   i s   d e ve lo pe d  here .  It  m e r ge s  t h e  a b i l i t y  of  t h e   N N   for   l e arni n g   f r o m  t h e  dri v e   sys t em   a n d   t he  a b i l i t y  of  w ave l e t  dec o m pos it io n  to  i de nt i f y  a nd  gu i d anc e   o f  the   d y n am ic  s ys tem   a nd  a l s o   h as   the   g u i dance   o f   s e l f-ada p tin g  a n d  self- l e a rni n g.  T w o   t y p es  o f  w avele t   netw ork  ar e  modi fied  i n  th is  p a p er,   fee d   f or w a rd  w a v e l et   n e u ral   n etwork  a nd  r ec urrent   w a v elet  n e u ral  netw ork  w ith  o n l i n e   t u n i ng  op t i miz a tio n  u s i ng  P S O   a l go r i t h m .   M o re ov er,   an  i m p rove d  WN N   ne tw o r k   w i t h   IIR  f ilter   is  i m p lem e n t e d   t o  p r oduc e  a  n o v el ty  c ontr o l l er  c alle d  dyna mic   w a ve l e t  ne ura l   n etw o rk  ( D W N N ) .    The  no ve lt y  ne tw ork  ha s  a  s u peri or  c apa b i l i t y  t o   t he  c onve nti o n al   W NN  in   a n   effi ci en t   le a r n i n g   me ch an is m  and  dy na mic   re sp onse .     I n   t his  pa per,   t he   frac t iona l   order  P I D   (F O P ID )  c o n t r o l l er ,  w a v elet  n eural  ne t w or k  (W N N -P I D )  con t ro l l er  a nd  the  n ove l t y  d y n am ic  w ave l et  n e u ra l  ne twork   (DWNN -P ID)  c ontro l l er   a re  u se d  t o   c ompa re  t h e   ac cura cy  a n d   a dap t a b le  s pee d   c on t r ol   a nd  he nc e  to  m inim iz e  effe c t ive l y  c o m m u t a ti o n   i n  torq ue  r ip p l e  w ithi n   a n  e n o r m o u s  s p e e d  r a n g e .   I n  a d d i t i o n ,   t h e   P S O   a l g o r i t h m   i s   u t i l izi n g  for   t u nin g   a nd   o p tim i z ing   al l  t h e   para me ters  f or all   c o n t ro ller  type s ut ilize d  i n   thi s   w ork.       2.   SPEED CONTROL OF  BL DC M O TOR  BY INTEL LIGEN T   TECH N IQU E S   2.1.    Frac t iona l or der   PID  con t r o l l er   The  FOP I D  c o ntroller  P I  D   i s  a  stre t c h  of  t he   c lass i c al  c on tro l l e r  of  P I D   b a s ed  o n  frac t i on  ca l c u l us.   T h e   in te gra l   a n d   t he   d e r i v at ive   or ders  d eve l op   t he  f l e x ib il i t y  a n d   gu id an ce  t h e  sy st e m   t o   l e ss  se n s i t i v e   t o   c h ang e s  of   p a r amet e r s.  T h e   p a r amet ers  P I D   o f  t h e  con t ro lle r  c a n  be   quali fied  b y  th is   di ffe re nt ia l equ a tio n  bel o w   [6- 9 ]:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   1 7 4 2  – 1 750  1 744   u t K    e t K D  e t   K D   e t  ( 1 )     H e r e  e ( t )   r e p r e s e n t s  t h e  e r r o r  o f   t i m e  w h i c h   i s   a   d i f f e r e n c e   b e tw ee n   the   re qu ire d   s e t   poi n t   a n d   t he  m ea s u red   dri v e  o u t put  v aria b l e ;   u t   i s  the   ou tp u t   o f  t h at   c on tro lle r.   T herefore,   t h e  Laplace  t r a ns fer   fu nc tio n  of  t h e   fra c ti o n a l  P ID  c on tro lle r w ill  be  a s:     G s K K S   K S  ( 2 )     2.2.    Wave let   n e u r al n e t wor k   A   w a v e l e t   n e u r a l  n e t w o r k  ( W N N s )   i s  a  g r a d e   o f   t h e   n e u r a l   n e t w o r k  w h i c h   is  c o n s t ruct ed  a cc or d i n g   to   w a v e l et   t r a n s form .  The   c o m b ina t io n  o f   t hi s  ne tw or k  is  b e t w e e n   t h e  n e u r al   n et wo rk   a n d   w av el e t   t ra n s fo rm,  the  WN N   c o m p le te ly  e n t ai ls  t he   f eat ure s   o f  the   bo t h .  It  p er form s  a  neura l   n e t w o r k   b y  fe ed-forw ar d  w i t h   o ne   o u t p ut   l a y er  a n d   hi dd en   l a y er  b as ed   o n   m o re   o r  on e  inpu t .   T h e   n e u ro ns  o f  the  h i d d e n  la ye r  t h a t   h ave   a   wa v e l e t   b a si s  to   c on st ru ct   a c tiv atio n  f u nctions  a re  p erform e d   t he   n e u ral ne tw ork.  T hese   n eur o n s   o f  the   n e ural  n e t w o r k   a r e  almo s t   c all e d  as  “ wa velo ns”,  w hose   i t 's  p ara m e t ers  c o nt a i n   coe ffic i en ts   o f  t h e   di l a tio n  w a vele t   (a)   and  trans l a t i o n  (b)  [1 0-1 3 ] .   I n  WN N ,   b o t h  t h e   d i la ti on   a n d   th e   t r a n sl a t io n   (p os itio n )   a re  o pt i m i z e d   a s    w e ll   a s  t h e  w e ig h t s.   E ac h  c e rta i n  s i gna l  f(t)  of  t h i s  ne tw or k  i s  app r ox i m a t ed  b y   po p u l a ri zi ng   a   l in ea r  col l ec t i o n  of a su i t  da u gh ter wave l e t s   ψ , ,  w he re  ψ ,  a re  cr eated by di la ti o n  and t r ansla t i o n   fr om  t he  m other  wav e l e t   ψ  a s   b e l o w :     ψ , ψ  ,  ( 3 )     The  w a vele t   ne ura l   n e t w o rk  o utp u t i s  gi v e n   b y :     y ∑ w ψ ,   ( 4 )     wher e  w   r epresents  the  h eav in ess  o f   t h e   n    node   i n  t h e  h i dde n  layer   to  t he  o u t p u t   l a t er.   a   an d  b   ar e  the   d i l a t i on   a nd   t ra n s l a ti o n   fac t ors  re sp e c t i v e l y;   x   r e p rese nt s  t h e   i np ut   o f   t h e   n e t w o r k;   ψ ,  i s   t h e   w a v e l e t   fu nc ti o n .  Thi s   p aper  uses t h e   Me xica n ha t w a vele t  as a  w a v e l et  fu nc ti on,  w hic h   i s  g i ve n as  f ol low s :     ψ x 1x  e   ( 5 )     RW NN  i s   s i m il ar  t o   t h at   f eed  f o r wa rd   W NN  wi th   f e e db a c k   co nn ect i ons .   The  fee dba ck   i s  o b ta i n ed   via  lin ki n g   s i g na l  o f   t he  o ut put  s trat um   t o  t h e   i n p u t  s t rat u m   o r  in  one  s t r at um  t ha t   is  c a lle d  sl ig h t l y   fe ed bac k Th e   inp u t   o f  t h e   w a vele t  ne tw ork  is  c onsis t  of  p revi ous   i np u t   o f  the  sys t em   s am ples  x    a nd  the  ou tpu t   o f  s y st e m   y (t)  as  a pp e a r  in  F ig ure  2.   A   s ize   of  i np u t s  t o  A   WN N   is  i nc rea s e d   w ith  i n c rea s ing  the   syste m   i n  orde r   to be   re dupl ic a t e d .  There f ore , e ac h   layer   out pu t   ca n be  d ee m e d  as  [ 11-1 4 ]:     ψ ψ   ( 6 )     Thi s  l ay er i n put s f o r ti me t   i s  d eno t ed  a s:    u t x t ψ t 1 ∗∅  ( 7 )     wh ere  ∅   i n d i c a t e d  the  se l f- fee dba ck  l o op  w e i g ht .   The   o u t p ut   o f t h e   ne tw ork  is  t he n :     y ∑ w ψ    ( 8 )     u t x tD y t D ∗r  ( 9 )     w h e r e  x  i s   t he   w anted  sig n a l ,  N  is  t he   h i d den  stra tum   neuro n s  n um be r,  w :  the  o u t p ut   w eight,   D ,D : the  d e la y n u m ber  for  the out p u t an d  inp u t  ne t w o rk a n d   r :    the   ou t p u t   f e e d bac k  l o op w e i g ht.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Speed per f or m a nce evaluation of  BL DC m o tor  b a sed on dy nam i c  wavel e t   neural ... (Adel  Ahmed O b ed)  1 745 1 x 1 Ψ 2 Ψ y(t ) 1 w 2 w N w 2 x M x N Ψ 1 φ 2 φ N φ 1 r 2 r N r     F i gure   2.  S truc t u r e  of  RWN N       The   IIR  f i l t ers  c a n  be   acc om pl is he d  as  a n  a n al o g   f or m  or   d i g i t a l  f o rm  f i lter s .  D e sign  of   d igi t a l   I I R   f ilt ers  whi c h  are   t a rd il y  d e p e nd e n t   on   t h a t  of  t h e i r   a n a l og  c o u n t e r par t s   be c a use  t h e r e  is   a   w eal th   o f  r e s ource s,  w o rks  an d  s t ra i g h t forw ard  de si gn  m e t h ods  r elate d   a na lo g  fe edbac k   fi lter   des i g n .  The  ge nera l   e qua t i o n   o f  a n   IIR fi l ter   ca n be  expr essed a s  [1 5 ] .     H   ⋯     ⋯     ( 10)    H ∑    ∑     ( 11)    wher e  c  a n d  d   a re  t he  f il t e r  coeffic i en ts.  F o r  t h e   im pl e m e n t a tio n  of  t he  a bo v e   e qua ti on  t h e   fol l ow i n g   di ffe re nce   e q u a tio n  i s   n ee de d :     y n ∑ c  x nk ∑ d  y nk     ( 12)    w h ic h is of or d e r m a x[N ,   M ]. A  b loc k   d i a gra m  for the  I IR filter  w it h N = 2, M=2  i s show n  i n   F ig ure   3.  The   WN N   i s   a   r egi o nal   net w ork  w h e r e  t h e  func t i o n   o f  ou tpu t   i s  w e l l   fo c u se d  in  b o t h  fre que nc y   doma i n   a n d  t i m e   dom ai n.  M oreo ver ,   a   d ual   l o c a l   ne t w or k  m a y  be   c om p l e t ed   b y   i n t e gra t i n g  th is   W N N   d e s ign   ca sc ade d   w ith   a   r egio na l  I n fi nite  I mpu l se   R es po nse  ( I IR)  [16,   1 7].   F i gure   3  s h ow s  t h e   s t r u c t u r e  th a t   appr ox im ate  a ny  w a n t ed  s ig nal  y( t)  w ith  pop ular i z i ng  a   li ne ar  s yn thes is  o f  a  se ries  o f  da u g h t er   w ave l e t s   ψ  ,   casc a ded  b y  th e   t op ica l   IIR r e c urrent  n e t w o r k s.  T he sa c rific i a l   ne tw or k  sig n al  y t   can  b e giv e n  by :    y t ∑ c  y ti    ∑ d  y tj v t     ( 13)    t ∑ w ψ  ,    ( 14)    wh ere  w  represe nts  the kt h coeffi cients  o f   weight, M  a nd c i  a re the fee d forw ard dela ys n u m ber and   the  II R   fi lter   coe f fic i e n ts,  respec t i ve l y ,   N   and  d j   a re  t h e   f ee d b ack   d el ays  n u m b e r  a n d   t h e   c o e ffi ci en ts   o f   th e  rec u rsive  fi l t e r ,   respec tive l y.   T he  s igna ls  v ( t )   and  x(t)  a r e   t h e  c o - i n p u t  a n d   i n p u t  t o   t h e   s y s t e m  a t   t i m e  t ,   respe c t i ve l y .  Co-I nput  v (t)  is  c om monl y  pr eserve d  sm all   be ca use   o f  sta b il ity  g oal  in   t he   f eed ba c k .  Th e   di l a t i o n   a nd  trans l at i o n   fac t or s,  w e i gh ts  l i n k a ge   f or  W N N ,   c oef f i cients  o f  the  II R   f ilter  a nd  the  par a m e ters  o f  P I D   are  l e arnin g   a nd t u ni ng  o n -l ine i n  a n a l g o ri thm   of  P S O .          Figure 3.  W N N   wi t h   I IR  f i lter str u ct ure   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   1 7 4 2  – 1 750  1 746 2.3.    Tech nique  o f alg o r i t h m  for par t icle  s w a r m  op t imizati o n     P S O  i s   a   n e w   i n h a bi t a n c e  ba sed   e v o l ut iona ry   c o m put a t i o n  whi c h  t urn s   o n  th e  s o cia l   b eha v io r   pri n ci p l e  l i k e fis h   s ch o o l i ng o r  bi r d  f l oc ki ng.   P S O  t e c hn iq u e  i s ce rtif i e d fr om rese a rc hi n g  o n  sw a r m s  like   f i s h   in struc tio n  o r   b ir d  crow d i n g .  D u e  to  t he  r e s u l t s   o f  t h e  re se arc h  for  a   bir d s  gr oup,   b ird s   can  d etec t  fo od  b y   con g re ga t i n g   ( no t  w i thi n   e ac h  part ic ular ).  T h u s,   a ny  gu ide   i n   t he  i n h a b i t a n c e   c al l e d   a  partic le,   w h ic h  is  nam e d  sw a r m   bri llia nc e  [7,  1 1 ].   T he  a l gor ithm   o f   P S O   i s  a  t y pe  of  t he   e vo lut i onar y   r e c ko n i n g   m e th o d s  for   resol v i n g  pr o b l e m s  o f   o pt imi z a tio n.   T his   w a y  c a n   b e   u t ili ze d  to   t he   n o n - li nea r   o p t im iz ati o n  pro b lem   th a t   guara nty  co ns tr ain t s  w a n tin g  the  c o s t   f unc t i on  grad uate .  T h e  co n s i d ered   c o s t   fu n c ti o n s   a re   e st abl i sh ed  u pon  the   de s i r e d   c r it erio n. The c h o s en of t h e cr ite r i a   de pen d s o n  t h e   c o ntro ller   a n d   t h e dr ive .  The basic   p r i nc iple  o f  the  P S O   a l g o r i t hm   c an  b e   descr i be d  t h rou g h   t he   f lo w c hart  b e l ow .  W h e r e  e a c h  p a r t i c l e   i n   t h e  P S O     alg o ri t h m  has   tw o   pr ima r y  o p er at ors'  v e l oc ity   a nd   p os iti on   t ha t   upda te d  d u ring   i ts  f lig ht.  F o r  a   mult i d i m e n si o n al  t r o u b l e ,  t h e  po si t i o n   a nd  ve loc ity  f or  a ny  par tic l e   i n  the  sw arm   are  up d a ted   b y   u t iliz in g     the f o l l ow i n g e q u a t i o n s :      v   w ∗ v c ∗R ∗ l b e s t x    c ∗R ∗ g b e s t x   ( 15)  x  x v     ( 16)    wh er e  v ,  x   ar e   the   spe e d  i n sta n t  and  p o s iti o n   o f  pa rtic le  i   a t   i t era tio n  k   r e s pe ct iv ely ,   w   i s  t h e  weig h t   o f  iner tia,    c   a nd  c   a re  the  c on sta n ts of  acc eler a tio n   and  R ,  R  r epre se nt ra ndom   v a r iable s   b etw e e n  0  a nd 1.    w w          ( 17)    wher e  w    a nd  w    r eprese nt  t he  w e i g h t s  of  e lem e n t a r y  and  eve n t u a l ,   it e r   r epr e se nt s  the  prese n t   itera t i on   ti m e  an d   it er   is its itera tio ns ma x im um num b e r.   B y t h i s  pa p er , a mult i - fit n e ss fu nc t i o n  is ut i l i z e d to de t ec t   the  o p tim al  s et t l e m e n t   w i t h   a   l ow er  e r r or  o f  spee d   ba se d  on   t he   I n t eg ra l   of   S q u a re d   E r r o r  (I S E )  c r i t e r i on  a n d  ma ximum   ove rsho ot  ( M p )  criterion  a s bel o w :     C o st fu n ct i on  = m i n(IS E)+ m in( M   ( 18)  IS E e t dt   ( 19)  M n  n    ( 20)  e(i ) = ni n  i   ( 21)    w h er e  n  is  t he  p rese nt  s pee d ,  and  n    i s  t h e  re quire d  va lue  of  t he  s pee d .   In  t hi s  pa per ,   t hi s  m e tho d  i s   u s e d  t o   f i nd   t h e   o pti m a l   v a l u e   f o r   t he   c o n t r oll e rs'   pa ramet e rs  t o   co nt r o l   B LD C  m o tor  s p ee d.  R efe rri ng  t o   t h e   on  t h e  to p, the  a l g orit hm  o f P S O  ca n be  s pecifie d  as  a flow char t   sh ow n  i n F i gur e 4.           F i gure  4.  F low   c h art  of P SO  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Speed per f or m a nce evaluation of  BL DC m o tor  b a sed on dy nam i c  wavel e t   neural ... (Adel  Ahmed O b ed)  1 747 3.   CONT ROL OF S PE ED  F O R   B LDC  MO T O R  B A S E D  ON PROPOS E D DY N A MI C  W NN  CONT ROLLER  The  schem a t i c   di a g ram   of  t h e   B LD C  mot o r  drive  ba se d  on  dy nam i c   W N N   c ont r o l l er   i s  sh ow n  in   F i gure   5.   I t   co ns ists  o f  B L D C   m o t or   d r i ve n  u t i lizi n g  t h r e e- phas e   i nve rte r   w it h  a   co n t r o l   c i r c u it  to   p r ovi de   t he   pro p er   s eque n c e  to  t he  m ot or.   A   step-do w n  ch op per  u til ize d   t o  c on t r ol   t he   i n put  vol ta ge   o f  t h e  inve r t er   ac cord in g  to  t h e   n o v e l   d ynam i c  WN N   co ntr o l l e r   w it h  IIR  f i lter .   The   P S O   alg o rithm   is  u se d  to  t un ing   a l l  the   coe f fic i e n ts of  the  p r op ose d  con tro l ler.  The  ro tor  s p ee d  i s   d irec tly  c on tro l led  b y   s ta t o r   vo l t age .   T her e fore   t he   d iffer e nce   be t w een  t he  s e t   spee d  an d  ro to r  spe e d  w h i c h  de t e c t e d   b y  the   rotor posi t i o n  tec h n i q u e is  u s e d  t o   d riv e   t he con tro l l e r.  T he  r otor   pos it io n  sch e me   d ete c t e d   b y  the   rot o r  p o sit i on  s t rate g y ,   it 's  t o  gener a te  t he   p ro pe r  c o mm utat i o n  s i gna l s   f or   sw it c h i n g  t h e   i nver t e r .  H e r e   t he   o u t put  o f  t h e  dy nam i c  W N N - P I D   contr o lle r  c o n t r o l s   t he   d u t y  c y c l e  of  t he   st e p -dow n  c h oppe r.  T his  co n t r o l l e r-base d   o n  P S O  a l gor i t h m   i s  ut il ize d   t o  co ntr o l  BLD C   m ot or  s pee d   i n  a n   exte ns i v e  r a ng e.   I t  provi des  b e t t e r   s h o w i ng   t ha n  c l a ssic a l   P ID   contro l l er  a nd  c l a s si ca l  WN N - PID   contro ller   as w i ll be shown in the res ults.          F i gure   5.  S c h em atic d ia g r am  of B L D C   m ot o r  w ith  t he  pro p o se d  con tro l l e r      4.   SIMU L A TION  R ES ULT S  FOR  A  P ROPOSED DWNN-PID  CONTROLLE R   W ITH IIR  FILT E R   The  o v e r al l  BLD C   m ot o r   S im ul i n k  m ode l  w ith  i ts  d ri ve  s ys tem   i s   gi ve n   in  F i g ur e  6.  T h e   S im ulin k  mode l   o f   t hi s   m o tor  is  c o n st ruc t e d   i n  M a tl ab   fro m  it s   m a t h e m at i c a l   equ a tio n .   T he  o v e ra ll   d ri ve  s yst e m  of   B L D C  m o t o r  b a s e d  o n   D W N N - P I D   c o n t r o l l e r   w i t h  I I R   f i l t e r  i s   c o n s tr ucte d  i n   S imul in k / Ma tla b  pr o g r a m ,   versi on  2 0 1 5 b   w it h  sam p lin g  peri od  t h at   a ssum e d  i n   t his   m odel   i s  1s.   T h e  sim u la t i o n   r esul ts  s ho w   t h at  t he  D W N N   is  c a p ab le  t o  dri v e   t h e  s y ste m   w ith  a   l a r ger   num ber  of  ite ra t i o n s   com p ar ed  w it h  t h e     con v e n t i ona l   WN N   a nd  by   e m p lo y i n g   t he   s am e  w a ve l e ts  f unc t i o n s  t yp e   a nd  give s   be tter   per f orm a nce   t h an   the o t her   m e thods.           F i g u r e   6 .   S i muli n k  m odel  of  B LD C  motor  dr iv e       F i gure   7  (a)   show s  the  ste p   c han g e  for  a  BLD C   m ot or  s pee d   r espo nse .   T he   c han g e  of  t he   s te p  in   spee d  for  a  ref e re nce  is  5 0 0   r pm   a nd  i n cr eases  5 0 0 rpm  any   0.2se c .   F i g ure  7  ( b )   sh ow s  t h e  s p ee d  res p o n se   w ith  n o  l o ad  a nd  fu l l   l oad  ( 2 N . m )   i s  adde d  a t   t = 0 .4sec   at  r e f er e n c e  s p e e d  i s   2 0 0 0  r p m .   T h e   n o  l o a d   a n d   f u l l   loa d   c on d iti on  for  t h e  de ve l o p e d  tor que  i s  s how n  i n   F ig ur e  7  (c ).  F ig ur es  8   ( a,   b )  sho w s   the  c u rrent  i n  phase  A   a nd  the  bac k   e m f   v ol tage   i n  p h ase   A   respe c t i ve l y ;  F i gu res  9  ( a ,   b )  show s  the   l i ne  v ol ta ge  ( v  )  a nd  the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   1 7 4 2  – 1 750  1 748 pos it io n  s i g n a l   o f  th e  rot o r  respec t i ve l y  for  t h a t  sa me   c o ndi ti ons  a t no  l o a d   a nd ful l  loa d.  T hese   r e s u lts  e nsur e   t h e  v a li dity   o f  t h e  mo d e l ,   t h e   s p eed ,  c u rre n t  an d  to rqu e   r each   to   i ts   n e w   v a l ue s  qu ic kl y.  T he  b ac k  e m f  r e vea l s  the tra p ezo i d al   s ha pe  a n d  the  r ot or pos it ion  rea l iz es six sec to r s  duri n g the  2  per i od.         (a)    (b )     (c)     F i gure  7.  ( a) A  s t e p cha nge i n   se t spee d. ( b) S pee d   r e s po ns e  fo r  direc t   s t a r tin g.  (c) D evel ope d  tor que  f or  no l o ad a n d  l oad  c o n d i t i on s.        (a)     (b )     Fi g u re  8 .  (a )   P h as e  A   c u r r e n t   o f   B L D C  mot o r. (b) P ha se A  bac k-e m f   v o lta ge  of B L D C   m ot or.         (a)    (b )     F i gure   9.  ( a) Line  vo lta ge ( v  )  of BLD C m o t o r. (b)  R ot or  p os i t i o n   s ig na l   o f  B LD C m o tor.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Speed per f or m a nce evaluation of  BL DC m o tor  b a sed on dy nam i c  wavel e t   neural ... (Adel  Ahmed O b ed)  1 749 5.   COMPARISO N  O F   D IFF E RE N T  CONTROL   M ETHODS FO R   SP EED CONTRO L OF  A   BLDC  MOT O R D R I V E   A   c o mpa r iso n   am ong  var i o u s  w a ve le t   ne ur al  n e t w o rk  s chem es,   frac t i o n a l  a n d  c l a s s i c a l  P I D   con t ro l l ers  i s   i l l u s t r a te d  i n   T ab le  1 .  Fr om  T h i s  c o m p ari s on,  a s   a   r e s ul t ,   s ho ws  t h a t   a   p r opo sed   DW NN  con t ro l l er  w i t h   IIR  f i l t er  i s  the   pe rfe c t   w a y   t o  bea t   on  t h e  no n l i n ea ri ty  i n   this  s ys tem   w i t h   g o o d   r el ia b ili ty,   add i tio na l   p o w e rful   a n d  be t t e r   achie v e me nt  c om par e   t ha n  a not he r   w a y   a s  ap pe are d   i n  F i gure  10  w i t h   l oa d   cha nge  c o ndi t i ons.       Tab l e  1.  A  c ompa risi on  in  s pe ed  p erfor m a n ce  w ith  d i ffe r e nt c o n t ro l   m e t h od s  Per f o r man c e   Ri s e   ti me   Se ttli ng  ti me   St e a d y   sta t e  er r o r   Ove r shoot   %  W N N - PID   0. 0035   0 . 0 3   3* 10   8 * 10    RW NN -PID  0 . 0038   0 . 0 4   2* 10    0  D W N N -P ID   0 . 0 0 3   0 . 0 3   2. 5* 10    0  R D WNN - PID  0. 005   0 . 0 2   2* 10   4 * 10    F O P I D   0. 015   0 . 2 5   2* 10   5 * 10    P I D   0. 03   0 . 3 5   5* 10   5 . 6 * 10            F i gur e 1 0 .   S p e e d  performa n c e   w ith d iffe ren t  c on t r o l   m e t h ods  a n d  w i t h loa d   c ha n g e   c o ndi ti o n s.       6.   CONCL U S IONS   I n   t hi s  p a per,  C l a ssi ca l   P I D,   F O P ID,   WNN- P I D,   R WNN-PI D ,   D W N N - PI D  an d   R D W NN-P I D  con t ro l l er  h a s   b ee n  u til ize d   t o  c o n t r o l   t h e   s p eed   o f  BLD C   m ot or .  PS O   tec hni que   h a s   b ee n  used   f o r   t un n i n g   the  pa ram e ter s   o f  t h e  s ugge s t e d   c o n tro l ler.   T he  c om pari s on  be tw e e n  t h e  differ en t  m e th o d s  show s  tha t   a   pro pose d   D WN N - P I D   control l er   i s  t h e  be t t er  m etho d  t o   c on tro l   t h e  spe e d  of  B LD C  motor  an d  t h e   r e sults   show s   t h a t  the  B LD C mot o r  pe rfor ma nce u n d er d i f fer e n t  o per a t i ng  c o n d i tio ns is   im pro v e d.  M ore ove r, a dri ve  syste m   p rov i de s a robus t a nd  flex i b le d ue  t o t h e  effec t   o f c h an g i ng i n  set  s pe ed a n d  l oad  torq ue .      REFE RENCES   [1]   R.   N arm a da,  M.   A ro massal a ne,  " D esig n  an d  p e rf orm a nce  ev aluat i o n   o f   f r acti onal   ORDER  co nt ro ll er  f o r   b r us hl ess  DC  m ot or, "   In tern a tiona l  Jo ur nal o f   El ectrical   E n g i n e e r in g an d  Info rm atics ,   vo l.   6 ,   no.   3 ,  pp .  6 0 6 - 617,   20 14 .  [2]   S .   K h u b a lk a r ,   A.   C h opad e ,   A .   S .   Ju ng hare,   M.   V .   Aw re,   "Des ig n  a nd  tu ni ng  of   f rac t io na l   o r d e r  P I D   con t ro ller  f or  s p eed   c on trol   o f   p e rman ent   m a gnet   bru s h l e s s   DC  m oto r , "   IE EE  Inter nati o n a l Co n f eren ce   on Co nt ro l,   M e as ur e m ent and In stru ment a tion  ( C M I ) , 2 01 6 .   [3]   C.   L ucas ,  F.  T o o t o o n chi a n,  Z .  N a s i ri -Gh e idari ,   " Mu lti-o b j e ctiv e   d es ign   op tim izati o n   o f   a   l i n ear  b ru sh les s   p e rm anent   m a gn et  m o t or  u s i n g   p art i cl e  sw arm  optim i zati on,"   Ir an ia n Jo urn a l  of   El ectr i c a l  &   Electr o n i c  En gine e r ing ,   vol.   6,  n o.   4 ,  201 0.   [4]   T a sh ako r i   A.,  Ek tes a bi  M .,  H o s s e in zadeh  N . ,   " M o d e li ng   o f  BLD C   m o t or  w i t h  i d eal   b ack-em f   f o r   a uto m oti v e   ap pl icat ions, "   P r o ceedin gs   of  t h e W o r l d   Co ng res s  o n   E ngin eerin g,  vo l .  2,  2 01 1.  [5]   A d e l  A .   O b e d ,   A b b a s   K .  K a d h i m ,  " S p e e d   a n d  c u r r e n t   l i m i t i n g  c o n t r o l   s t r a te g i e s   f or   B L D C   mo to r   d r iv e   sy s t e m :   A   co m p arati v e  stud y,"  In ter n a t io na l Jou r na l of   A d van ced En gin eeri ng Resear ch and   S c ien c e ,   v o l .   5 ( 2 ) ,   p p . 119 -13 0 ,   2018.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   1 7 4 2  – 1 750  1 750 [6]   L .   S a l eh ,  A.  A .  Ob e d ,  "S peed   c o n tro l   o f  b r us hles s  D C   m oto r   b ase d  o n   fra c t io na l  o r de r  PID  c o ntro lle r,"   In ter n a t io nal Jour na l o f  Co mp u t er A pplicati ons ,  vol .  9 5 ,  no.   4 ,   pp.   1 - 6 ,  2 0 1 4 .  [7]   L .   S aleh,   M.  A .  H u s s ai n ,   S .  M.  K li m,  " O p tim a l  t r a j ecto r y  tracki ng   c o n t r o l   f o r   a   w h eeled   m o b ile  r obo t  usin g  f r act io na l  o r der  P I D   c o nt rol l er, "   Journal  of Uni versity of Ba bylon, Eng i neering Sci e nces ,   vo l.   2 6,   n o.   4 ,   p p . 292 -30 6 ,   2018.   [8]   A k r a m   H .   A hm e d ,   A b d   E l   S a m i e  B .   K ot b,   A ym a n   M . A li ,   " C o m p a r i s o n   b e tween   f uzzy  lo g i c  and  PI co nt ro l f o r  t h e   s p e e d  o f   B L D C  m o t o r , "   Int e rn a t io nal  Jo urn a l  o f   P o wer  El ectro n i cs  and  D r i v e  Sys t em ( I JPED S ) , v o l .   9 ,  no.   3 ,   pp .  1 1 1 6 -1 12 3,   S ep .  2 018 .  [9]   Ri n k u   S.,  Su bh r a nsu   P.,  Gag a n d eep  K., " Design  o f   f r acti o nal  ord er P ID  con tro ller  f o r s p eed  c on tro l  of   DC  m ot or, "   Internat ional Journal  of  Scient ific and R e search  P u bl i c ations ,   vol.  2,  2 01 2.  [10]   M a o h u a   Z hang ,   Chan gli a ng   X ia,  Y a n g   T i a n,   D an  L i u ,  Zhiq iang   L i,   "S peed   c o n t r ol  o f  b r us h l es s  D C   m o t or  b as ed  o n  s i n g l e   n e u r o n  P I D  a n d  w a v e l e t  n e u r a l   n e t w o r k , "   IEE E  In ternat io nal Con f er e n ce on  Control  and Automa tion  Gu an gzh o u ,   C hina,   2 00 7.  [11]   A d e l  A .   O b e d   a n d  A m e e r   L .   S a l e h ,  " S p e e d  c o n t r o l  o f   B L D C  m o t o r   b as ed  o n   recu rren t  wav e let   n e ural   n etw o rk, "   Ir aq  J.  Elect r i ca l a nd El ectr onic  E n g i neer in g ,   vo l. 1 0 ,   n o . 2,  p p. 1 18-12 9,   2 01 4   [12]   S u ng   J in   Y oo ,   J i n   Bae  Park ,   Yoon  Ho   C h o i,   " Di rect  a dap tiv e  co nt rol  usin g  se lf -re cu rrent   w avelet   n eural   n e t w o r k  v i a  adapt i v e   l earn i n g   r at es  f o r   s t a bl e  pa t h   t racki n g   o f   m o b i l e   robots,"  IEE E   A m erican  Co ntrol  Confer ence.   P r o ceedin gs  o f   the , vo l .1 . p p.  28 4 8 - 2 8 5 2 , 2 00 5.   [13]   S u ng   J in   Y oo ,  Yo on   H o  Cho i ,  J i n  Bae  P a rk,   "Gen e r al ized   p redi cti v e   c o n t r o l   b ased   o n  self -recurrent   w avel et  n e ural   n etw o rk  f o r   s tabl e  path   t racki n g   o f   m o b ile  rob o t s :   A d apt iv e  learni ng   r at es  a pp roach, "   IEEE Tran sac t io n’ s   on   C i rc ui ts an d   S y ste m s I ,  v o l .53 , pp . 2 88 -2 93 , 2 00 6.  [14]   L .  S a l e h ,   B .  A .   O b a i d ,  A .   A .  O b e d ,  " M o t i o n  c o n t r o l  o f   l i n e a r   i n duct i o n   m oto r   b as ed   o n  o p t i m a l  recurren t   w avel et  neural   N et wor k -PID  c ont r oll e r,"  I n te r n a t io na l J o ur na l o f  E n g i n e e r in g   &   T e c h no lo gy ,   vo l. 7,   n o. 4,    p p .   20 28-2 0 3 4 ,  20 18.   [15]   Ranjit  Singh,  S andeep  K .  Arya,  "O pti m i zat i on  of  IIR   d igi t al   f i l ters  u s i n g   p articl e  s w arm  optim i zatio n, "   I EEE   In ter n a t io nal  Conf erence on Co mm un ica t io n ,  In fo rm a tio n  &   Compu t i n g   T echno lo gy  ( I CCICT) ,  M u mb ai,   India,   pp .   1 - 7,  2 01 2.   [16]   Che n g-Jia n   L in ,   Ch i-Yu ng  Le e ,   C he n g - C hu ng   C hin,  " d y n a mic   re c u rr ent   wavelet  network  cont rollers   f o r non li near  sy ste m  c on tr o l ,"   J o ur na l of  t h e Ch in ese In s t it u t e of   En gin eers , vo l .   2 9 ,   no .   4 ,  pp . 7 47 -75 1 ,  2 00 6.   [17]   A d el   A .  O b ed ,  Ab bas  K .   K ad him ,   " Mu lti-res o luti on   w avel et  P ID   s p e e d   and   cur r ent   con t ro llers   of   B LD C  m o t o r   b a sed   o n   i nv asi v e  w eed  opt im i zatio n  tech niq u e,"  In ter n a t i onal Jou r na l of   Ap p l ied  E ngi neer in g  R e sea r ch ,   vo l.   13,  n o . 8 ,   p p .   6 2 34-624 3,   201 8.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.