I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv e  Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 8 ,   p p .   1 8 2 3 ~ 1 8 3 3   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v9 . i 4 . pp 1 8 2 3 - 1 8 3 3          1823       J o ur na l  ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   A Neural  Net w o rk  and  F u zz y  Lo g ic bas ed MP PT Al g o rith m  f o r  Photo v o ltaic Pu mping  Sys te m       Sa lw a   Ass a ho ut ,  H a y a t   E la is s a o ui,  Abdelg ha ni  E l O ug li ,  B elk a s s e m   T idh a f ,   H a f ida   Z ro uri   L a b o ra to ry   o f   E m b e d d e d   El e c tro n ic S y ste m s an d   Re n e w a b le E n e rg y ,   Un iv e rsit y   M o h a m m e d   F irst,   Na ti o n a l  S c h o o l  o f   A p p li e d   S c ien c e s Ou jd a ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 7 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Sep   1 2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Sep   2 6 ,   2 0 1 8       T h e   u se   o f   so lar  e n e r g y   h a d   g a i n e d   a   g re a t  a tt e n ti o n   las t  d e c a d e s,  a s  it   is   p o ll u ti o n - f re e .   It  is  u se d   in   is o late d   a re a s  f o r  li g h ti n g ,   p u m p in g ,   e tc.  Ho w e v e r,   th e   e x tra c ti o n   o f   th e   m a x i m u m   p o w e r  g e n e ra ted   b y   a   P V G   a t  a n y   m o m e n t  o f   th e   d a y   is   a   b ig   d e a l   b e c a u se   th e   c h a ra c teristic   o f   a   P V G   in   n o n - li n e a r  w h ich   m a k e s  th e   lo c a ti o n   o f   th e   M a x im u m   P o w e r  P o i n t  (M P P )   d if f icu lt .   T h e re f o re ,   a   M a x im u m   P o w e r  P o in t   T ra c k in g   tec h n iq u e   (M P P T )  is   re q u ired   t o   m a x i m i z e   th e   o u tp u t   p o w e r.   In   th is  p a p e r,   a   p h o t o v o lt a ic  wa ter   p u m p in g   sy ste m   h a s  b e e n   stu d ied .   T h is  sy ste m   c o n sists   o f   th re e   m a in   p a rts:   P V G ,   a   DC - DC  b o o st  c o n v e rter  a n d   a   DC  m o to r  c o u p le d   w it h   a   c e n tri f u g a l   w a t e r  p u m p .   We h a v e   p ro p o se d   a   n e w   M P P T   a lg o rit h m   b a s e d   o n   F u z z y   lo g ic   a n d   A rti f icia l  N e u ra l  Ne t w o rk   ( A N N)  to   im p ro v e   th e   s y s te m   p e r f o r m a n c e s.   T h e   A N N  is   u se d   to   p re d ict  th e   o p ti m a l  v o lt a g e   o f  th e   P V G ,   u n d e r  d iff e r e n t  e n v iro n m e n tal  c o n d it i o n s  (tem p e ra tu re   a n d   so lar  irrad ian c e )  a n d   th e   f u z z y   c o n tro ll e r  is  u se d   to   c o m m a n d   th e   DC - DC  b o o st  c o n v e rter.  T h e   p ro p o se d   m e th o d   is  c o m p a re d   to   P & O  tec h n ic,  b y   si m u latio n   u n d e r  M a tl a b /S im u li n k ,   to   v e rify   it s e ff e c ti v e n e ss .     K ey w o r d :   A r ti f icial  Ne u r al  Net w o r k   ( A NN)   DC - DC   b o o s t c o n v er ter   Fu zz y   L o g ic   MP PT   P h o to v o ltaic  Gen er ato r   ( P VG)   Co p y rig h t  ©   201 8  In s t it u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sal w a  A s s ah o u t ,    L ab o r ato r y   o f   E m b ed d ed   E lectr o n ic  S y s te m s   a n d   R en e w ab l e  E n er g y .   Un i v er s it y   o f   Mo h a m m ed   Firs t,  Natio n al  Sc h o o l o f   A p p lied   Scien ce s   Ou j d a,   Mo r o cc o .   E m ail: l s n t l@ cc u . ed u . t w       1.   I NT RO D UCT I O N   W at e r   is   o n e  o f   th e   m o s t v it al  n atu r a l  r es o u r ce s   f o r   a ll  lif e   o n   ea r th .   I t  is   n e ed e d   f o r   d r in k in g ,   d o m esti c  u s es  an d   i t  is   r e q u ir e d   f o r   la r g e - s ca l e  i r r ig ati o n   [ 1 ]   ;  i ts   av a il ab i lity   an d   q u ali ty   d ete r m in es  th e  q u a lity   o f   lif e  o f   an y   co u n tr y .   E v en   th o u g h   it  is   ab u n d an t,  w ater   h as  n o t  alw ay s   b ee n   av ail ab le  an y w h er e  in   th e  w o r ld .   F o r   th at ,   w ater   p u m p in g   s y s tem s   in   is o l ate d   a r ea s   s h o u l d   b e   c o n s id e r e d   as  an   em er g en cy   m ea s u r e   [ 2 ].   I n   o r d e r   t o   p u m p   th e  w ater   t o   s atis f y   h u m an   n ee d s ,   a  s o u r ce   o f   p o w er   is   n e ed e d ,   in   th at  c o n tex t ,   th e   u s e  o f   s o la r   en er g y   is   h ig h ly   r e co m m en d ed   [ 3 , 4 ]   b ec au s e  o f   t w o   r ea s o n s ;  th e  f i r s t o n e   is   th a t  th es e  ar ea s   d o   n o t   h av e  ac c ess   to   th e  ele ct r ic ity   g r id   an d   th e  in s t all ati o n   o f   tr a n s m is s io n   lin es  an d   t r an s f o r m er s   is   ex p en s iv e ,   th e   s ec o n d   o n e  is   th a t  th e  s o l ar   en e r g y   is   i n ex h au s ti b l e  an d   p o l lu ti o n - f r ee   [ 5 ].   A   P VG   c o n v er ts   l ig h t  en e r g y   ( s o la r   i r r a d i an ce )   in to   el ec tr i ci ty   [ 6 ] .   T h e   el ec t r i c  p o w er   p r o d u ce d   b y   a  P V G  t o   r u n   a  p u m p in g   w ater   s y s te m   d ep en d s   o n   m eteo r o lo g i ca l p a r am ete r s   v a r ia b l e  in   tim e  [ 7 ] .   T h e  el ec t r i ca l   ch ar ac t er is ti c  o f   th e   p an e l  is   n o n - lin ea r   an d   h as  a  p ar t icu l ar   p o in t  ca l le d   "M ax im u m   Po w e r   Po in t "  ( M PP )   f o r   w h ich   th e  p an el   o p e r ates   at   its   m ax i m u m   p o w er ,   th is   p o i n t  is   s en s i tiv e  to   th e   cl im atic  c o n d iti o n s   ( s o la r   ir r a d ian ce ,   an d   am b ien t  tem p e r atu r e )   [ 8 ]   w h ich   m ak es  th e  p o s it io n   o f   th e  M PP   v ar ia b l e  in   tim e  an d   th er ef o r e   d if f icu lt   t o   lo ca te .   T o   ex tr ac t  th e  m ax im u m   p o w er   p r o v i d ed   b y   a  P VG  w h en ev er   t em p er atu r e  o r   ir r a d i ati o n   v ar i ati o n   o c cu r s   ,   d if f e r en t  m ax im u m   p o w er   p o in t   t r ac k in g   ( M PP T )   t ec h n iq u es  h av e   b ee n   p r o p o s e d   [ 9 ] ,   s u ch   as : Pe r tu r b   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 8   :    1823   –   1 8 3 3   1824   an d   O b s e r v e  ( P & O ) ,   I n cr em en tal  C o n d u ctan c e  ( I C ) ,   Fu zz y   L o g ic  [ 1 0 ]   an d   A r tif ici al  Neu r al  Netw o r k   ( A NN)   [ 1 1 , 1 2 ] .   I n   th is   p a p e r ,   w e  ar e  d ev el o p in g   a  n e w   MP PT   alg o r i th m   f o r   a  p h o t o v o lt aic  p u m p in g   s y s te m   co n s is t in g   o f   a  DC - DC   b o o s t  co n v e r te r ,   w h o s e  p u r p o s e  is   to   en s u r e  m atc h i n g   b et w ee n   th e  s o u r ce   ( P VG)   an d   th e  lo ad ,   g e n er atin g   a n   o u tp u t  v o ltag e,   w h ic h   i s   h ig h er   t h an   t h e  i n p u t  v o ltag e,   f o r   a  m ax i m u m   p o w er   tr a n s f er .   T h is   alg o r it h m   co m b i n es  ANN  an d   f u zz y   lo g ic .   th e  A NN  aim s   to   id en tif y   th e  o p tim al  v o ltag e     co r r es p o n d in g   t o   ea ch   v a lu e  o f   tem p e r atu r e  an d   i r r ad iat io n   b as e d   o n   th e  r esu lts   o f   th e  t r ain in g   w h er ea s   th e   f u zz y   co n tr o l le r   g iv es th e  v a lu e  o f   th e   c o n v e r te r   d u ty   cy cle   D .       2.   P H O T O VO L T A I C  P UM P I NG   SY ST E M   T h e  w a ter   p u m p i n g   s y s te m   co n s id er ed   in   th i s   w o r k   co n s i s ts   o f   a  s in g le  P V  m o d u le,   a  DC - DC   b o o s t  co n v er ter ,   a  MP PT   alg o r ith m   an d   DC   m o to r   co u p led   w ith   a  ce n tr i f u g al  w ater   p u m p   [ 1 3 ] .     2 . 1 .   M o delin g   o f   So la r  P a nel   T h e  eq u iv ale n t   elec tr ic  cir c u i t  o f   s o lar   ce ll   ca n   b e  r ep r esen ted   b y   a  m o d el  o f   o n e  d io d e  [ 1 4 ]   as  s h o w n   in   F ig u r e  1 .             Fig u r e  1 .   E q u iv ale n t c ir cu it o f   a  s o lar   ce ll       ℎ   r e p r esen ts   p a r a lle l   r esis t an ce   ch ar ac t er izin g   th e   l ea k ag e   cu r r en t   a t   th e   s u r f a ce   o f   th e   c ell   d u e   t o   th e  n o n -   i d ea lity   o f   th e   P - N  j u n ct io n   an d   im p u r iti es  n e ar   th e  j u n ct io n ,     s e r i es  r es is tan c e  p r esen t in g   th e   d if f er en t  lo s s es  o f   c o n n ec t o r s   a n d   cu r r en ts .     an d   ℎ   a r e   r es p e ctiv ely   d i o d e   cu r r en t   an d   s h u n t  l ea k ag e   cu r r en t   w h er e     an d      a r e  r esp ec t iv ely   th e  cu r r en t   an d   th e   v o lt ag e  o f   t h e  c ell .   T h e  e q u at io n   co n n e ctin g   th e  c u r r en t  d eliv er ed   b y   a  P V  p an e l   co m p o s e d   o f     id ea l  ce lls   in   s e r ies  an d   th e  v o ltag e  at  its   te r m in als is   g iv en   b y :       = ( ℎ - 0 ( ex p ( (  +    ) – 1 ) )               ( 1 )     -   ℎ   is   p h o to n   g en er ated   cu r r en t:     ℎ =                    ( 2 )       is   th e  ir r ad ian ce   ( W / m 2 ).   -     is   th e  th er m al  p o ten tial :     =                      ( 3 )       is   th e  d io d e  id ea lit y   f ac to r   ( = 1 . 6 2 ) ,     is   th e  B o ltz m an n   co n s ta n t  ( = 1 . 3 8 1 e - 2 3 ) ,     is   t h e  m o d u l e   te m p er atu r e  i n   Kelv in   a n d     is   t h e  elec tr o n   ch ar g e  (   = 1 . 6 0 2 e - 1 9   C o u lo m b ) .   -      is   th e  s h o r t c u r r en t:      =  _ [ 1   + ( ( - ) ) ]               ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   N eu r a l Netw o r k  a n d   F u z z y  Lo g ic  b a s ed   MPP T  A lg o r ith m   fo r   P h o to vo lta ic  P u mp in …  ( S a lw a   A s s a h o u t )   1825    _   is   th e  s h o r t  cir cu it  c u r r en t  p er   ce ll,    is   th e  te m p er at u r e  co ef f icie n t  o f      an d     is   th e   r ef er en ce   te m p er at u r e  in   Kel v i n   ( = 2 9 8 K) .   -   0   is   th e  r ev er s e  s at u r atio n   cu r r en t:     0 =  ( ) 3   ex p (    ( 1 - 1 ))               ( 5 )     W h er e    is   th e  b an d   g ap   en er g y .   -      is   th e  r ev er s e  s at u r atio n   cu r r en t f o r   = 2 9 8 K:      =  _  e x p (  _  _  ) − 1                 ( 6 )      _   is   th e  o p en   cir c u it  v o ltag e  p er   ce ll,  _   is   th e  t h er m a l  p o ten tial   f o r   .   I n   o u r   s t u d y ,   we   co n s id er   th e  T E 5 0 0 C R   p an el;  its   ch ar ac ter is tics   ar e  s h o w n   i n   T a b le  1 .       T ab le  1 .   C h ar ac ter is tics   o f   t h e  T E 5 0 0 C R   P an el   R a t e d   P o w e r   [ ]   6 5   [ W p ]   R a t e d   V o l t a g e   [ ]   1 8   [ V ]   R a t e d   C u r r e n t   [ ]   3 . 6   [ A ]   O p e n   C i r c u i t   V o l t a g e   [  ]   2 2 . 3   [ V ]   S h o r t   C i r c u i t   C u r r e n t   [  ]   3 . 9   [ A ]   N u mb e r   o f   c e l l s:     36       T h e  ( V - I )   an d   ( V - P )   ch ar ac te r is tics   o f   t h e  T E 5 0 0 C R   p an el ,   u n d er   d i f f er en t  v al u es   o f   te m p er at u r e   an d   s o lar   ir r ad ian ce ,   ar e  s h o w n   r esp ec tiv el y   i n   Fi g u r e  2 ( a)   an d   Fig u r e  2 ( b ) ,   Fig u r e  3 ( a)   an d   Fig u r e  3 ( b ) .             ( a)     ( b )   Fig u r e  2 .   ( V - I )   ch ar ac ter is tic  ( a)   an d   ( V - P )   ch ar ac ter is tic  ( b )   o f   th e  T E 5 0 0 C R   p an el  at  T =2 5 °C             ( a)     ( b )   Fig u r e  3 .   (V - I )   ch ar ac ter is tic  ( a)   an d   ( V - P )   ch ar ac ter is tic  ( b )   o f   th e  T E 5 0 0 C R   p an el  at  S=1 0 0 0   W /m 2       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 8   :    1823   –   1 8 3 3   1826   2 . 2 .   M o delin g   o f   t he  P u m pin g   Sy s t e m   A   p h o to v o ltaic  w ater   p u m p i n g   s y s te m   co n s i s ts   o f :     P h o to v o ltaic  Gen ar ato r   : w h ic h   g en er ates t h e  elec tr ical  p o w er .     a  DC - DC   b o o s t c o n v er ter :  w h i ch   co n v er t s   a  DC   v o ltag e  i n   a n o th er   h ig h er   DC   v o ltag e.     a  DC   m o to r :  w h ich   co n v er ts   e lectr ical  en er g y   i n to   m ec h an ic al  en er g y   to   tu r n   t h e  p u m p .     a  ce n tr if u g a l p u m p   m o d el:  its   r o le  is   p u m p in g   w ater   b y   cir c u latin g   it i n   a  r o tatin g   w h ee l.     T h e  eq u iv alen t c ir cu it o f   t h e  s y s te m   is   p r ese n ted   in   F ig u r e  4   [ 1 5 ] :            Fig u r e  4 .   E q u iv ale n t c ir cu it o f   th e  p h o to v o ltaic  w ater   p u m p i n g   s y s te m       T h e  s y s te m   is   g o v er n ed   b y   t h e   f o llo w in g   eq u atio n s :       =  -   + −   +    +   u -    -               ( 7 )        =  1 - 1                   ( 8 )       = −   + -                 ( 9 )       = -   2   +  2   -   2   u                 ( 1 0 )      =     -       -                   ( 1 1 )     w h er e;  ,  ,    an d     ar e  r esp ec tiv ely   th e  m o to r ’ s   ar m at u r e  v o lta g e,   cu r r en t,  r esis ta n ce   an d   i n d u ctan ce .   ,    ,     ,   an d     ar e  r esp ec tiv ely   t h e  m o to r ’ s   to r q u e  co n s ta n t,  r o to r   m o m en t  o f   in er tia  ,   f r ictio n al   co ef f icie n t,  lo ad   to r q u e  an d   an g u lar   v elo cit y   o f   th e  m o to r .   ,    an d     ar e  r esp ec tiv el y   th e  s el f - i n d u cta n ce ,   r esis ta n ce   an d   c u r r en t.   1   an d   2   ar e  r esp ec tiv el y   t h e  in p u t  an d   th e  o u tp u t c ap ac itan ce .   ,     ,   ar e  r esp ec tiv el y   t h e  co n tr o l  in p u t,  d io d e  f o r w ar d   v o ltag e  a n d   th e  r esis ta n ce   ch ar ac ter izin g   th e  lo s t t h r o u g h   t h e  I GB T .   Fro m   th e  s y s te m   b elo w ,   w e  g e t th e  f o llo w i n g   s tate  r ep r esen t atio n:     ̇ = A   +      +                  ( 1 2 )     w h er e;     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   N eu r a l Netw o r k  a n d   F u z z y  Lo g ic  b a s ed   MPP T  A lg o r ith m   fo r   P h o to vo lta ic  P u mp in …  ( S a lw a   A s s a h o u t )   1827   3.   M P P T   CO NT RO L L E R   I n   o u r   s t u d y ,   w e  h a v e  co m p ar ed   t w o   MP P T   alg o r ith m s :   o n e   is   b ased   o n   P & O  an d   t h e  o t h e r   o n   A NN.   P & O  an d   A N N  ar e  u s ed   f o r   th e  id en ti f icatio n   o f   (  ) ,   w h ile  t h e  f u zz y   co n tr o ller   is   u s ed   in   b o th   al g o r ith m s   to   d eter m i n e  t h e  d u t y   c y cle  ( D ) .     3 . 1 .   P er t urb a nd   O bs er v e  ( P &O )   P er tu r b   an d   o b s er v e  ( P & O)   m ax i m u m   p o w er   p o in t  tr ac k i n g   alg o r it h m   [ 1 6 ]   is   t h e  m o s t   co m m o n l y   u s ed   m e th o d   d u e  to   its   ea s e  o f   i m p le m e n tat io n .   T h e  p r in cip le  o f   th is   o p er atio n   is   p r ese n ted   in   Fi g u r e  5 .           Fig u r e  5 .   P er tu r b   an d   Ob s er v e  A l g o r ith m   ( P & O)       3 . 2 .   Neura l N et w ro k   ba s ed  M P P T   An   ar tific ial  n eu r o n   as  s h o wn   i n   Fi g u r e  6   is   a   m ath e m at ical  f u n c tio n   t h at  tr ie s   to   e m u late  t h e   b eh av io r   o f   a  b io lo g ical  n eu r o n   [ 1 7 ] .   I t  r ec eiv es  a  v ar i ab le  n u m b er   o f   i n p u ts ,   w h ich   ar e  t h e  ex ter n al  i n p u ts   o r   o u tp u ts   o f   th e  o th er   n eu r o n s   an d   g en er ate s   a  u n iq u e  o u tp u t.   I ts   p r o ce s s in g   co n s is ts   i n   ass i g n i n g   to   its   o u tp u t     th e  r esu l t o f   an   ac t iv atio n   f u n ctio n .   T h e  co m p lete  o p er atio n   is   d escr ib ed   as f o llo w s :     = Φ   (  (  ,  )   +  )                 ( 1 3 )     w h er e;  : a r e  th e  in p u t s   o f   th e  s y s te m .    : a r e  s y n ap tic  w ei g h ts ,   t h eir   v a lu es r ep r esen t t h e  i n ter ac tio n   b et w ee n   t h e  p r es y n ap tic  ℎ   n e u r o n   an d   th e  p o s ts y n ap tic  ℎ   n eu r o n .   : is th e  b ias o r   th r es h o ld .     : is th e  p r o p ag atio n   r u le,   th e  m o s t c o m m o n   u s ed   is   a  lin ea r   f u n ctio n .   Φ   :   is t he  a c ti va ti on fu nc ti on, it  g ives the ou tput  of t he  ne ur on.   : is th e  o u tp u t o f   t h e  s y s te m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 8   :    1823   –   1 8 3 3   1828       Fig u r e  6 .   R ep r esen tatio n   o f   an   ar tif icial  n eu r o n       I n   o u r   ca s e,   t h e  p r o p o s ed   A N N   ai m s   to   p r ed ict  th e  P VG  o p ti m al  v o ltag e  (  )   at  an y   g i v e n   ce ll  te m p er atu r e  ( T )   an d   s o lar   ir r ad iatio n   ( S)  b ased   o n   t h e  tr ain i n g   r e s u l ts   o f   a  d ataset  c o n tain i n g   t h e     ass o ciate d   to   ea ch   co u p le  ( T ,   S).   W e   h av e  u s ed   a  Mu lt ila y er   P er ce p tr o n ,   w h ic h   is   a  cl ass   o f   f ee d f o r w ar d   n et w o r k s   [ 1 8 ] .   W e  h av e  c h o s en   a  s in g le  h id d en   la y er   to   n o t  co m p licate  t h e  s y s te m .   So ,   w e  h a v e  u s ed   t h r ee   la y er s   o f   n o d es a s   s h o w n   i n   Fi g u r e  7 .           Fig u r e  7 .   P r ed ictio n   o f      u s in g   an   A NN         Th e  f ir s t la y er : it  co n tain s   i n p u ts   ( T , S).     T h e  s ec o n d   lay er :  i t  is   ca lled   th e  h id d en   la y er ,   th e  o u tp u t s   o f   th e  p r ev io u s   la y er   s er v e  as   in p u t s   o f   t h at   la y er .   A   s i g m o id   ac ti v atio n   f u n ctio n   ( ta n s i g )   is   u s ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   N eu r a l Netw o r k  a n d   F u z z y  Lo g ic  b a s ed   MPP T  A lg o r ith m   fo r   P h o to vo lta ic  P u mp in …  ( S a lw a   A s s a h o u t )   1829     T h e  th ir d   la y er :  t h e  i n f o r m atio n   o f   t h e  p r ev io u s   la y er   is   p r o ce s s ed   an d   t h e  o u tp u t  i s   g e n er a ted   b y   u s in g   a  lin ea r   f u n ctio n   ( p u r eli n ) .   w h er e;   1 ( 1 )   an d   2 ( 1 )   ar e  th e  in p u t s   : te m p er atu r e  ( T )   an d   ir r ad iatio n   ( S ) .   1 ( 2 )   is   th e  o u tp u t: o p ti m a l v o lta g e  (  )   T h e  o u tp u ts   o f   ea c h   la y er   ar e  ca lcu lated   as  f o llo w :     ( 1 ) = tan s i g   ( ∑  ( 1 ) 2 = 1 ( 1 ) +   ( 1 ) )             ( 1 4 )     1 ( 2 ) = p u r elin   ( ∑ 1 ( 2 ) = 1 ( 1 ) +   1 ( 2 ) )             ( 1 5 )     T h e  d atab ase  co n tain   i n p u t s   a n d   o u tp u ts   a s   w e ll,  s o   w e   h a v e  u s ed   a  s u p er v is ed   lear n i n g   alg o r it h m   w it h   b ac k p r o p ag atio n .   T h e  L e v en b e r g   Ma r q u ar d t  tr ai n i n g   al g o r ith m   ( L M)   tr ai n s   t h e  n et wo r k   [ 1 9 ] .   W e  h av e   ch an g ed   t h e  n u m b er   o f   n e u r o n s   i n   t h e  h id d en   la y er   u n til  t h e  r eg r ess io n   co ef f icie n t  R - s q u ar e  ( 2 )   g ets  clo s e s t   to   1 .     3 . 3 .   F uzzy   C o ntr o ller   A  f u zz y   co n tr o ller   is   u s ed   d u e   to   its   ea s e   to   i m p le m en t ; it   d o es  n o t r eq u ir ed   a  m at h e m atica l  m o d el  o f   th e   s y s te m .   T h e  f u zz y   co n tr o ll er   is   u s ed   f o r   t h e  co m m a n d   o f   th e  s y s te m ,   it s   r o le  i s   to   e s ti m ate  th e   v a lu e   o f   th e   d u t y   c y cle  D  b ased   o n   v alu e s   o f   th e  er r o r   ( E )   an d   th e  ch an g e  o f   th a t  er r o r   ( DE ) .   W h er e  E   is   th e  d if f er en ce   b et w ee n   th e  p r ed icted   v o lta g e  b y   ANN  ( o u tp u t  o f   t h e  A N N)   an d   th e  o u tp u t  v o ltag e  o f   th e  co n v er ter .   T h e   f u zz y   co n tr o ller   co n tai n s   t h r ee   m ain   p ar ts   [ 2 0 , 2 1 ] :   a.   Fu zz i f icatio n :  T r an s f o r m atio n   o f   a  n u m er ical  v al u e  i n to   a  d eg r ee   o f   f u zz i n es s   b y   e v alu a tio n   o f   a   m e m b er s h ip   f u n ctio n .   b.   I n f er e n ce :   t h is   s tep   ai m s   to   li n k   th e   f u zz y   i n p u t   an d   o u tp u t   v ar iab les   t h r o u g h   r u le s   w h ic h   ar e  e x p r ess ed   as  f o llo w :   I f     is   1 an d      is   2 T h en     is   B .   W h er e   ,     an d     ar e  th e  ch ar ac ter is tic   p h y s ical   q u an tit ies  o f   th e  s y s te m .   1 ,  2   an d   B   ar e  th e  lin g u i s tic  ter m s .   I n   o u r   ca s e,   f iv e  lev el s   ar e  u s ed :  NB   ( n eg ati v e  b ig ) ,   NS  ( n e g ati v e  s m al l) ,   Z E   ( ze r o ) ,   P S  ( p o s itiv e  s m all)   an d   P B   ( p o s itiv e  b ig ) .   I n   th is   p ap er   Ma m d an i ’ s   f u z z y   i n f er en ce   m et h o d ,   w i th   Ma x - Mi n   o p er atio n   f u zz y   co m b in atio n   h as  b ee n   u s ed .   T h e   co n tr o l r u les   o f   t h e  f u zz y   co n t r o ller   ar e  in d icate d   in   T a b le  2 .       T ab le  2 .   R u les b ase  o f   F u zz y   C o n tr o ller                   3 - Def u zz i f icatio n :  T r an s f o r m atio n   o f   a  f u zz y   s et  o f   an   o u tp u t  lin g u is t ic  v ar iab le  i n to   a  n u m er ic   v alu e.   W e  h a v e  u s ed   t h e  m et h o d   of   d eter m i n atio n   o f   t h e  ce n ter   o f   g r av it y   ( C O A )   o f   t h e  f in al  co m b in ed   f u zz y   s et.   T h e  p r o ce s s   o f   t h e  f u zz y   co n tr o ller   is   s h o w n   i n   Fi g u r e  8 .   T h e  m e m b er s h ip   f u n ctio n s   o f   E ,   DE   a n d   D  ar e  s h o w n   r e s p ec tiv el y   i n   Fi g u r e  9 ( a) ,   Fig u r e  9 ( b )   an d   Fig u r e  9 ( c) .           Fig u r e   8 .   Stru ct u r e  o f   f u zz y   co n tr o ller       E   DE   NB   NS   ZE   PS   PB   NB   ZE   ZE   PB   PB   PB   NS   ZE   ZE   PS   PS   PS   ZE   PS   ZE   ZE   ZE   NS   PS   NS   NS   NS   ZE   ZE   PB   NS   NB   NB   ZE   ZE   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 8   :    1823   –   1 8 3 3   1830           ( a)   ( b )             ( c)   Fig u r e  9 .   Me m b er s h ip   f u n ctio n s   o f   t h e  er r o r   ( a)   -   ch an g e  o f   er r o r   ( b )   -   d u t y   c y cle  ( c)       4.   SI M UL AT I O N  A ND  RE SU L T S    I n   o r d er   to   ev alu ate  th e  p er f o r m a n ce   o f   th e  A NN  an d   f u zz y   lo g ic  b ased   MP PT  alg o r ith m ,   a  s i m u lat io n   u n d er   Ma tlab /Si m u lin k   w as c o n d u cted .   T h e  Si m u lin k   m o d el  is   s h o w n   in   Fig u r e  1 0 .           Fig u r e  1 0 .   A NN  an d   f u zz y   lo g ic  b ased   MPPT   alg o r ith m   i m p le m e n tatio n   o n   Si m u lin k   Si m u latio n   r esu lt s   o f   th e  m o t o r ’ s   s p ee d ,   co n v er ter ’ s   d u t y   c y cle,   in s t an ta n eo u s   P V  p o w er   an d   P V  o u tp u t  v o lta g e  f o r   th e  P & O  b ased   MPPT  an d   A NN  b ased   MPPT ,   at  s tan d ar d   c o n d itio n s   ( T =2 5 o C ,   S=1 0 0 0 W /m 2 ) ,   ar e  s h o w n   r esp ec tiv el y   in   Fig u r e  1 1 ( a) ,   Fig u r e  1 1 ( b ) ,   Fig u r e  1 1 ( c)   an d   Fig u r e  1 1 ( d ) .   I n   Fig u r e  1 1   ( a ) ,   th e  v ar iatio n   o f   th e  m o to r   s p ee d   is   s h o w n .   C o m p ar in g   w it h   th e  P & O  alg o r ith m ,   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m   g iv e s   b etter   p er f o r m a n ce s :  t h e  r esp o n s e  ti m e  is   r ed u ce d ,   th e  s y s te m   g et s   s tab le  an d   r ea ch es  a  h i g h er   f i n al  v al u e  af ter   a  f e w   o s cillatio n s .   I n   Fig u r e  1 1   ( b ) ,   th e  v ar iatio n   o f   t h e  d u t y   c y cle  i s   s h o w n .   W ith   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m ,   th e  s y s te m   h a s   b etter   s tab ilit y ,   w h ic h   is   t h e  m o s t  i m p o r ta n t  p er f o r m a n ce .   I n   Fig u r e  1 1   ( c) ,   th e  v ar iatio n   o f   in s ta n ta n eo u s   p o w er   is   s h o wn .   T h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   all o w s   i n cr ea s i n g   th e   f i n al  v al u e  a n d   m in i m izin g   th e  o s cillatio n s   a n d   ti m e   r esp o n s e.   T h e  v ar iatio n   o f   P V  o u tp u t   v o lta g e  i s   s h o w n   i n   Fig u r e  1 1   ( d ) .   I n   a   s i m ilar   w a y   to   th e   p o w er ,   t h e   p r o p o s ed   alg o r ith m   b r i n g s   th e   s y s te m   to   a  h i g h er   f in a l  v al u e  in   a  f e w   ti m e  a n d   w it h o u t  o s cillatio n s .   Fi g u r e  1 2 ( a)   an d   Fig u r e  1 2 ( b )   p r esen t  r esp e ctiv el y   t h e  cli m atic   co n d itio n s   d u r i n g   a  w h o le  d a y   ( s o lar   ir r ad ian ce   an d   te m p er atu r e) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   N eu r a l Netw o r k  a n d   F u z z y  Lo g ic  b a s ed   MPP T  A lg o r ith m   fo r   P h o to vo lta ic  P u mp in …  ( S a lw a   A s s a h o u t )   1831           ( a)   ( b )               ( c)   ( d )   Fig u r e  1 1 .   Var iatio n   o f   m o to r ’ s   s p ee d   ( a) ,   co n v er ter ’ s   d u t y   c y cle  ( b ) ,   in s ta n tan eo u s   P V  p o w er   ( c)   an d   P V  o u tp u t v o lta g e  ( d )   at  s tan d ar d   co n d itio n s   ( T =2 5 o C ,   S=1 0 0 0 W / m 2 )                ( a)   ( b )   Fig u r e  1 2 .   So lar   ir r ad ian ce   ( a)   an d   te m p er atu r e  ( b )   d u r in g   a  w h o le  d a y       Si m u latio n   r esu lt s   o f   th e  m o t o r ’ s   s p ee d ,   co n v er ter ’ s   d u t y   c y cle,   in s tan ta n eo u s   P V  p o w er   an d   P V  o u tp u t  v o lta g e  f o r   th e  P & O  b ased   MP PT   an d   A NN   b ased   MP PT ,   d u r in g   a  d a y ,   ar e  s h o w n   r esp ec ti v el y   i n   Fig u r e  1 3 ( a) ,   Fig u r e  1 3 ( b ) ,   Fi g u r e  1 3 ( c)   an d   Fig u r e  1 3 ( d ) .   A cc o r d r in g   to   t h e  s i m u latio n   r es u lts ,   th e   u s e  o f   A NN  an d   f u zz y   lo g ic   i m p r o v e s   t h e  s y s te m   p er f o r m a n ce s .   T h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   g i v es  a   b etter   s tab i lit y   a n d   ac c u r ac y   to   th e  s y s te m .   As  it  is   s ee n   i n   Fig u r e  1 3 ( a) ,   Fig u r e  1 3 ( b ) ,   Fig u r e  1 3 ( c)   an d   Fi g u r e  1 3 ( d ) ,   th e  cu r v es  r ep r ese n t  a  f e w   o s ci llatio n s   a n d   r ea ch   a   h ig h er   f in al  v al u e  co m p ar in g   t o   th e  P & O  b ased   MP PT.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 8   :    1823   –   1 8 3 3   1832           ( a)   ( b )               ( c)   ( d )   Fig u r e  1 3 .   Var iatio n   o f   m o to r ’ s   s p ee d   ( a) ,   co n v er ter ’ s   d u t y   c y cle  ( b ) ,   in s ta n tan eo u s   P V  p o w er   ( c)   an d   P V  o u tp u t v o lta g e  ( d )   d u r in g   a  d ay       5.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   p ap er ,   an   A NN  an d   F u zz y   L o g ic  b ased   Ma x i m u m   p o w er   tr ac k er   f o r   p h o to v o ltaic  p u m p in g   s y s te m   h as b ee n   p r o p o s ed   an d   co m p ar ed   w ith   a  P & O  a n d   Fu zz y   L o g ic  b ased   MP PT .     T h e  A NN  an d   P & O  ar e  u s ed   f o r   th e  id en tif icatio n   th e  o p ti m al  v o lta g e  (  )   w h er ea s   t h e  f u zz y   co n tr o ller   is   u s ed   to   d eter m i n e  th e  d u t y   c y cle  ( D)   o f   th e  D C - DC   b o o s t  co n v er ter .   T h o s e  MP PT   alg o r ith m s   h ad   b ee n   test ed   b y   s i m u latio n   u n d er   Ma tlab /Si m u li n k .   A cc o r d in g   to   th e  s i m u latio n   r esu lt s ,   it  is   clea r   t h at  a  MP PT   b ased   o n   A NN  a n d   Fu zz y   L o g ic  is   m o r e   ef f icien t.  T h is   alg o r it h m   h a s   p r o v en   t h at  it  g i v es  b etter   p er f o r m an ce s :  t h e  r esp o n s e  t i m e  is   f ast,  t h e  s y s te m   is   m o r e  ac c u r ate  an d   r o b u s t to   ch an g i n g   w ea th er   co n d itio n s .       RE F E R E NC E S    [ 1 ]   S a c c o n   P .   W a ter   f o r  a g ricu lt u re ,   i rrig a ti o n   m a n a g e m e n t.   Ap p l  S o il   Eco l .   2 0 1 8 ;  1 2 3 :  7 9 3 - 7 9 6 .     [2 ]   M e a h   K,  F letc h e r  S ,   Ula   S .   S o l a r  p h o to v o l taic   w a ter  p u m p in g   fo r  re m o te  lo c a ti o n s.  Ren e w   S u st a in   En e rg y   Rev .  2 0 0 8 ;  1 2 ( 2 ):  4 7 2 - 4 8 7 .     [3 ]   A li y u   M ,   Ha ss a n   G ,   S a id   S A ,   S id d i q u i   M U,  A law a m i  A T ,   El a m i n   IM .   A   re v ie w   o f   so lar - p o w e re d   w a ter  p u m p in g   s y ste m s.  Ren e w  S u st a in   En e rg y   R e v .   2 0 1 8 ;  8 7 :   6 1 - 7 6 .     [4 ]   S o n tak e   V C,   Ka lam k a r  V R.   S o l a r  p h o t o v o lt a ic  w a ter  p u m p in g   sy ste m   -   A   c o m p re h e n siv e   re v ie w .   Ren e w  S u sta in   En e rg y   Rev .   2 0 1 6 ;  5 9 :   1 0 3 8 - 1 0 6 7 .     [5 ]   L e tch e r  T re v o r  M .   W h y   S o lar E n e rg y ?   A  Co mp r Gu i d   t o   S o l   En e rg y   S y st .   2 0 1 8 :  3 - 1 6 .     [6 ]   Ku m a ri  JS,   S a i  Ba b u   C,   P r o f e ss o r  A .   M a th e m a ti c a l  M o d e li n g   a n d   S im u latio n   o f   P h o t o v o lt a ic  Ce ll   u sin g   M a tl a b - S im u li n k   En v iro n m e n t.   In t  J   El e c tr  Co mp u t  E n g   ( IJ ECE ) .   2 0 1 2 ;  2 ( 1 ):  2 0 8 8 - 8 7 0 8 .     [7 ]   T i w a ri  A K,  Ka la m k a r  V R.   Ef f e c ts  o f   to tal  h e a d   a n d   s o lar  ra d ia ti o n   o n   th e   p e rf o rm a n c e   o f   so lar  w a t e r  p u m p in g   s y ste m .   Ren e w  En e rg y .   2 0 1 8 ;  1 1 8 :  9 1 9 - 9 2 7 .     [8 ]   Do ra h a k i  S .   Ev a lu a ti n g   th e   ra d iat io n   a n d   tem p e ra tu re   e ff e c t  o n   p h o t o v o lt a ic  sy st e m s.  Bu ll   El e c tr  En g   I n fo rm a ti c s .  2 0 1 5 ;  4 (1 ) :  1 - 6.   [9 ]   A b d o u rra z iq   M A ,   M a a ro u f i  M ,   I n f o   A .   Ex p e rime n tal  V e rif ica ti o n   o f   th e   M a in   M P P T   T e c h n iq u e s  f o r  P h o t o v o lt a ic  S y st e m .   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  Po we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms   ( I J PE DS ).   2 0 1 7 ;  8 ( 1 ):  3 8 4 - 3 9 1 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.