Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 Decem be r 202 0 , p p.   1995 ~ 2006   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 4 . pp 1995 - 2006          1995       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Robust non - li near co ntr ol of a  hybri d water  pu m ping syst em  based o n in ductio n motor       Zakari a M as s aq ,  Abdel oua hed  Aboun ada, M ohamed   Ra m zi   Depa rtment  o E le c tri c al E ngin eering,   LACEM,   F ac ul ty  of   Scie n c es  and Technolo gy,   Sult an  Moul ay  Slim ane Univ ersit y,   Beni - Mellal ,   Mo roc co       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   22 , 20 20   Re vised  A pr   26 , 2 0 20   Accepte M a y   19 , 20 20       Thi cont ribu ti o pre sen ts  a   non - li ne ar   cont ro l   o a   hybr id   pump ing  sys tem  supplie wi th  photovo lt a ic  gene ra tor  and  ba tt ery .   Thi s   sys te is  em ploy ed  for  de li ver ing  con ti n uous  volum of  wate what eve t he  climatic  condi ti ons .   In  th DC  side ,   bo ost  conve r te r   is  cont rolled  wi th  t he  ind ire c t   double   in te gra s li ding  mod con trol ler  (DIS MC)  fo ma xi mum   p ower  point  tra ck ing  (MP PT).   Th DIS MC  i suita ble  for  M PP bec ause   it  give a   fast   response  and   red uce s   the  a mpl it ud of   p ower  oscilla ti o ns.  Th en,  a   bidi re ct ion al   b uck - boost  conv ert er   is  adop t ed  to  ensure   the   ene rgy   ma nag em en b e twee the  ba tt e r and   the  DC - bus,  and   thi s   c onver te r   is   cont rolled  wi th  i nte gra slidi ng   mode   cont rol   (I SM C)  the ory.     T he  non - li n ea r   pre dictive   cont r ol  (NP C)  is  ch osen  to  driv a induc t ion  motor  (IM),  the   NP is  known  by  it f ast  dyn a mi c   and  h igh  capac i ty  to   re je c distu rba nc es.   The   hyb rid  sys t em   is  mod el l ed   in   MA TL AB/ Simul ink   software .   During   simul ations,  the  DIS MC - MPPT  is  co mpa r ed  wi th  oth er  te chn iq ues  such  as  slidi ng   mode  co ntrol ler  (SM C)   MP PT  and  integ ral  SM MP PT,   th e   DIS MC   provide the   b est  tracki ng  p erf orma n ce un d er  diffe r ent   i rra dia n ce s.   Moreove r,   the   d esigne con trol l er  for  th bidi r e ct ion al   conv erte reg ulates   the   DC - li nk  vo ltage  with  b et t er  p erf orma n ce th a the   c la ss ical  P cont rol le r .   La stly ,   th NP reg ulates  th spe ed  of the   IM wit high  robustn ess.   Ke yw or d s :   Bi directi on al  c onve rter   Hybr i d wate r p umpin s ys te m   In te gr al  sli di ng mode c ontr oller   M PP per t urb a nd Obse rv e     Non - li near   pre dicti ve  c on tr ol   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Zakar ia   M as sa q   Dep a rteme nt of Elect rical  E nginee rin g,   Faculty  of Scie nces a nd Tec hnol ogy ,   S ultan  M oula Sli ma ne Un i ver sit y   B.P: 5 23 B e ni - M el la l ,   M orr oc o .   Emai l:   zakaria. massaq @ gm ai l.com       1.   INTROD U CTION   The  sli di ng   m ode c on tr ol (S MC is suita ble  f or   fast ma xim um p ower  point  trackin g (MPP T) because  it   is  kn ow by  sta bili ty,  fas t - res pons a nd  non - sen sit ivit to  par a mete va riat ion   [1] The  c onve nt ion al   hy ste resis - mod ulati on  ( H M )   base S M C   suffe rs  from   var i able  s witc hing   f reque ncy  a nd   f rom   t he  c hatte rin ph e nome non  due  t t he  high  switc hing  fr e quenc oper at io n.  The se  dr a w backs  m otivate t he  researc he rs  t desig an  i nd ir ect   SM base on   the  pulse   w idth  m odulati on  (PW M te c hniq ue.   T he  co nventio nal  S M C   wit PWM  e xh i bits  an  unwa nted  ste ady - sta te   er ror  a nd   slo r esp on se   [ 2] to  im prov e   the   res pons of  ind i rec t   SM a integ r al   te rm  is  add e to  the  e xisti ng  sli ding  s urfa ce  to  co ns ti tute  the  integ ral  sli ding  m od c on trolle (I S M C)   [3 4] .   Howe ver,  the   c on st ru ct i on   of  t he  i nd irect   f orm  of  t he  ISMC   de rivates  t he  s ta te   var ia bles  of  the   switc hing  s urf ace  ( ̇ =0) t hus,   the  va riable       disap pears  f rom  the  e quivale nt  co ntr ol  te r u eq ,   an the   correct ion  of  st eady - sta te   er ror  is  deterio rated  [5 6] .   The re fore,  a i nteg ra te rm  is  a dd e for  t he  sec ond  ti me   (    ) )    to  nu ll if the   ste ady - sta te   er ror  int rod uced  by  the  i nd i rect  ISMC,  t his  ne te ch nique  is   cal le Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   4 D ecembe 2020   :   1995     2006   1996   PWM   base double   i nteg ral  SM C   ( DISMC [2] .   T he   D ISMC  sho ws  a   f ast   res pons e   a nd  reduces   the   ste ad y - st at err or   [ 4] .   T he  bi directi onal   (BDC DC - DC  c onver te r   is  the  key   factor   of   e nerg m anag e ment  between  PV  sou rce,   ba tt ery ,   an dif f eren t   loa ds   [7 8] .   Howe ver,  the   us of  t wo  P c ontr ollers  to   c on t ro l   the   bid irect io nal  c onve rter  do es  no guara ntee  good  pe rf orm ances  wh e th sy ste oper at es  ou tsi de  of  th e   op e rati ng  poin [9 10] F or  that  reason,  t h e   feat ur es  of  the  I S M th eory  are  e xploit ed  to  c on tr ol  th e   bid irect io nal c onve rter in t his  p a per .   The  disco ver i ng  of  fiel d - or ie nt ed  co ntr ol  (FOC)  i 19 72  ha re vo l ution iz ed  the  c ontr ol  theo r of  the   inducti on  m oto (IM [ 11 - 13] Howe ver ,   th FO te ch nique  use c oord i nate  tran sf orm at ion   w hic m akes  it   com plex  t im plement,   in  a ddit ion ,   it   is  sen sit ive  to  inter na par a mete rs  var ia ti on  of   t he   machi ne  [14 15] .   To   minim iz the   com plexity   of  FO a nd  im prov i ng  it dyna mic  ne c ontr ol  te ch niques   hav e   been  f ou nd e d,  namely   sli di ng  m od e   c on t ro l   (SMC),   a nd  dir ect   tor que  c ontrol   ( DTC)   [16 17] .   T he  I M   m od el   is  non - li ne ar  i natu re,  f ur t hermo re,  the  IM  is  app li ed  to   extern al   dist urba nces  (loa torque an to  inter nal  pa r amet e r   var ia ti ons.   The refor e the   r ob us t non - li ne ar p re dicti ve  c on t ro l (NPC is   ap plied  t c on tr ol   the IM  in   this work .   The  NP C   us e s   high   orde ca lc ulati on t opti mize   c os t   f un ct io n;  t he  com plexity   of  cal culat io c ould  be   reduce d usin t he  Ta ylor se rie s expa ns io n of  the outp ut’s va riables  [18 19] .   This  c on tri buti on  pro poses  a   high - perf or ma nce  c on t ro sc heme  for  hy br i wate pump in s ys te m .   Sect ion   pres ents  bri ef  de scriptio of  th diff e re nt  sta ges  of   the  p umpin s ys te m.   Sect ion   pr e sents  th e   diff e re nt  co ntr ol  strat egies  for  the  pump i ng  sy ste m.  First,  a   casca de c on t ro ll er  base on  DISMC  is  pr e sented   for  MPPT.  Af t erw a rd,  tw ot her   c on t ro ll ers   based   on  ISM theory  are  de sign e to  c ontrol  the  bi direc ti on al   fl ow  of  the  e ne rgy.   Fi nally,  t he   con t ro sc he me  f or   the  I M   base on  N PC  is  exp la ine d.   S imulat ion   resu l ts  and   analysis a re  re ported  to  sect i on  4 , follo we d by ge ne ral co nc lusio ns .   .     2.   CIRC UIT  CONFIG U RA TI ON     hybr i water  pum ping   s ys t em  is  prese nted  in  Fig ur e   1.  The  ov e rall   syst em  co mprise P ar ray   as  pr inci pal  s ource  of  ene r gy  an batte r pack   c onside r ed  as  seco nd  powe source The  s ys te inc lud e sta ti DC - DC  conve rters  s uc as  unidirec ti on al   bo os co nv e rter  us e f or   M P PT  a nd  bid irect i on al   buck - boos co nverte w hich  e ns ur es  the  bid ir ect ion al   flo of   the  energ bet ween   t he  DC - bu a nd  the  ba tt ery.   Finall y,  a  tw o - l evel in ver te c on t ro ls a i nduc ti on  m otor  wi th a ce ntrif ugal  pum p .         + - P V   A rra y + - K C dc L D C i n V pv IM 2. 2K w K1 K2 K3 K4 K5 K6 Bo o s C o n v er ter Thr ee - P ha s V SI DC - l i nk   C a p a ci to r I nput F i l te r B a tte r y B a n k K B1 K B2 D B1 D B2 L B Bi di recti o n a l     Buck - Bo o s co n v er ter V B C entri fug a l   P um p     Figure  1. Bl oc k diag ram of  th e hybrid  syst em     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ro bu st  non - li ne ar  c ontrol  of  a hybri w ater  pum ping syste m ba se d o i nduction m otor ( Za k ar ia  Massa q)   1997   3.   CONTR OL   S TRATEGIE S   Dive rse  c on t rol le rs  are  pro posed  t c on tr ol t he hyb rid  s ys te m,  a nd are  li ste as  foll ows:     DI S M C   ba sed o P W M  is  d esi gn e t tra ck  the   ma xim um p ower  point  (MPP )   with  h i gh ef fici enc y.    T he bidire ct ion al   buck - boost  co nve rter is c on t ro ll ed  w it the ISMC  the ory  to reg ulate  t he DC - bu s   vo lt age.    Co ntr ol  of th e inducti on  mot o r wit t he ge ner al iz ed  pre dicti ve  co ntr oller .     3.1.   Ma xi mum  p ower p oin tr ac king  c ontr ol   Figure  sho ws  t he  M P PT   co ntr ol  sc he me,  i wh ic per t urb  a nd  obser ve  (P&O al go rith gen e rates   the   ref e ren ce   vo lt age  V pv * .   T he n,  a   D ISMC  i us ed   t f or c the   sta te   t ra je ct or of  the   bo os conve rter to f ol low  the  r e fer e nce  vo lt ag give n by the  P& O   al gorit hm       P V   A r r a y + - K C dc L D C in v pv v dc i pv i L D o u b l e - i n t e g r a l   S l i d i n g - m o d e   C o n t r o l l e r   ( D IS M C ) + - C o m p a r a t o r - A 1 + + + - + A 2 +A 3 /s + - A N D ic in β v pv R a m p   S i g n a l P WM G e n e r at or V pv * β v pv v dc v pv i c in P & O  M P P T   A l gori t h m i pv v pv V pv * v c o n t r o l 1 u 1 P K 1 P K 1 Bo o s co n v er ter     Figure  2. D ISMC -   MPPT al gorithm  contr ol  sch eme       3.1.1.   Desi gn   of  d ou ble  inte gra sli ding  m od e c ontr oller  for  MPPT   Con si der i ng   t ha the  boos co nv e rter  op e rate in  co ntinuo us  cond uctio mode  (CC M ),   The  a ver a ge   sta te - sp ace  model o t he boos t conve rter is  presente in  ter m of t he  s witc hing si gn al   u 1   as ,     1 1 1 1 ( ) ( ) u x f x g x =+     (1)     Wh e re,   1  v T L p v xi  =    1 ( )    T p v d c p v L p v in in v v v i fx L r C C  =−      and  1 g ( )     0 T dc v x L  =     Wh e re,   r pv   is t he  dyn a mic resi sta nce  of   t he  P a rr a y.   The  general c ontr ol law to co ntr ol t he vo lt age  v pv   is:       1 1 1 0       w h e n           S 0   1       w h e n           S 0 u =     (2)     Wh e re  S 1   is t he  sw it chi ng sur face,  w hich  is  expresse as ,       1 1 1 2 2 3 3 4 4 S a e a e a e a e = + + +     (3)     The  te r ms a 1 -   a denote the  sli ding s urface  pa rameters , a nd e 1 -   e are t he  e rror sig nals.      * * * 1 * 2 * 3 * 4 e       /    i ( V )   e   e ( V ) e ( ) d t L L L p v p v p v p v p v p v p v p v i i A v Vv v d t V v d t = = =− =−  =−       (4)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   4 D ecembe 2020   :   1995     2006   1998   Wh e re,   A   is   th am plifie gai of  the   vo lt ag er ror.   T he  a ppli cat ion   of  t he   in direct  S M C   is  achie ved  th r ough   the comp utati on  of the e quiva le nt contr ol u 1e q . Th is  can  b e   der i ved f rom t he  in va riance c onditi on,   ̇ 1 =0,     1 1 2 3 4 1 2 3 4 0 S a e a e a e a e = + + + =     (5)   The n,   23 1 1 2 3 1 pv in eq d c d c d c d c v ic e e u A A A v v v v = + +     (6)   With,        2 1 1 () i n i n A L a L A C a C  =+ 3 2 1 aL A a =   an 4 3 1 aL A a =     A 1 A 2 a nd  A 3   pa rameters   ar empi rical ly  determi ned  ac cordin t the   existe nce  a nd  sta bili ty  crit erion s   [ 2,  4] .   T he  c on t ro l   la of  the  i ndirect   sli ding  m od e   co ntr ol  is  d eri ved  us i ng  PWM  te c hn i que,  co mp a rin c on t rol   sign al   v control1   with a  ram si gn al   v ramp 1     1 1 2 2 3 3 1 ( v ) c o n t r o l d c p v i n r a m p p v v v A i c A e A e vv = + + =     ( 7)     3.2.   The co nt r ol strate gy  of   th e   bidi rection al c onverter   The   BDC  is   c onside red  as   the   inter mediat li nk  betwee t he   batte r an th DC   bus If  th DC - li nk  vo lt age   is  gr ea te tha t he  refe ren ce   volt age   v dc V dc * the   BDC  ope rates  in  buc mode  t st or e   the  e xc ess  of   energ in  the  ba tt ery On   the  oth e ha nd,  if  v dc V dc *   the  ba tt ery   disc harg es  to  injec the   require cu rr e nt  into   the  DC - bus in  this  case,   the  B DC  w orks   in   boos t   m od e   [ 20,   21] T he  direc ti on  o f   the  c urr ent  is  re ve rse from   on e   mode   to   a no t her.  To   c ontrol  t he   BDC   in  both   m odes   of  op e rati on  t wo  strat e gies   of  c ontr ol  a re  pr opos e as prese nted  i n Fi gure  3.       D o u b l e - i n t e g r a l   In d i r e c t   S l i d i n g - m o d e   C o n t r o l l e r   ( D I S M C ) + + + - + β V dc R a m p   S i g n a l V dc Bi di recti o n a l     Buck - Bo o s co n v er ter - + K B1 K B2 D B1 D B2 L B V dc i LB V B C dc i c dc i c dc - B 3 + - β v B β V dc V dc * - + B B 1 +B 2 /s B 1 +B 2 /s + + + + + - i LB V c o n t r o l 2 + - C o m p a r a t o r P WM G e n e r at or C 2 +C 3 /s i LB V dc * S 3 u 3 S 3 In t e g r a l   S l i d i n g - m o d e   C o n t r o l l e r   ( IS M C ) V dc + - C o m p a r a t o r V dc * AN D u 3 u 2 PK B1 PK B2 PK B1 PK B2 i dc B a tte r y AN D AN D   Figure  3. The   pro po se c ontr ol sc heme fo t he bidirect io na l conve rter       3.2.1.   Desi gn   of  d ou ble  inte gra sli ding  m od e c ontr oller  for the b oost   converter  mode   Con si der i ng   t hat  the  boos conve rter  op e r at es  in  CC M ,   and  the  c hos en  sta te   va riables  are  t h inducto cu rr e nt  i L B   and   the  DC - li nk  volt ag v dc .   T he  dyna mic  of   t he  boos co nverter  i desc ribe wi th  th e   diff e re ntial  eq ua ti on s i ( 8),  w her e  u 2   ref e rs  t the  stat e of t he  s witc h K B1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ro bu st  non - li ne ar  c ontrol  of  a hybri w ater  pum ping syste m ba se d o i nduction m otor ( Za k ar ia  Massa q)   1999   2 2 2 2 ( ) ( ) u x f x g x =+     (8)   Wh e re,   2  v T L B dc xi =   2 ( )     T B d c d c LB d c d c d c v v v i fx L C r C  =−     and  2 g ( )       T dc LB dc v i x LC  =       r dc  is t he dyna mic resist ance   of the  DC  bus.   The  sli di ng s urface is  forme d wit the  stat e va riable s   e rror s   (9).     2 1 1 2 2 3 3 4 4 S b e b e b e b e = + + +     (9)     wh e re  e 1 - e 4   are  the c urren an d vo lt age  er ror s,  a nd  B   is t he   gain w hich  a m plifie s the  volt age e rror .       * * * 1 * 2 3 1 2 4 1 2 e          i ( )   e   e ( e e ) e ( e e ) d t LB LB LB d c d c d c d c i i B V v Vv dt dt = = =− =+  =+       (10)     Substi tuti ng th e dyn a mic o t he  ste p - up con ver te r   in t he de rivati ve of  the   sli din g su rf ace   ( ̇ 2 =0)   giv e s,       2 2 1 2 3 1 2 4 1 2 ( ) ( ) ( ) d c B d c d c d c B d c d c v v u v ic ic S b B b b e e b e e d t L C C  −− = + + + +     (11)     The  e quivale nt  contr ol sig nal  u 2eq   of the  bo ost  co nve rter is  obta ined  by sol vi ng  t he follo wi ng equati on  ̇ 2 =0,     * * * * 2 3 3 4 4 2 1 1 1 1 1 1 ( B ) i ( ) B ( ) ( V ) B ( ) B B B B B B e q d c d c d c d c d c L B d c d c d c d c L B d c d c d c d c d c d c d c L b v b L b L b L b L u c V v V v i v d t V v i d t C v b v b v b v b v b v = + + + + +      (12)      The   co ntr ol  la is   der i ved  usi ng  the   P W te ch nique ,   c ompa rin t he  volt age   co ntr ol  sign al   v control 2   with  a   ram sig nal  v ra mp 2     * * * * 2 1 1 2 2 3 2 B ( ) B ( ) ( ) B ( ) ( v ) c o n t r o l d c d c d c d c L B d c d c d c d c L B d c s d c B r a m p s d c v V v B V v i B V v d t B V v i d t B i c G v v G v = + + + + =        (13)      Her e the   facto G s =β  0< G s <1)  is  us e d   t dow ns cal vo lt age  mag nitu de   to  a   pr act ic al   le vel.  B 1 - B 3   a re  c onsta nt   pa rameters   deter mined  acc ordi ng  to   r eacha bili ty  an sta bili ty  c onditi ons   [ 5 22] .   T he  duty   rati is  mu lt ipli ed   w it a   si gn al   of  the   pu lse   ge ne rator  to   en sure   that  the   du t r at io  is  al wa ys  le ss  tha 1.  Fi gure   il lustrate s the c on t ro l sc hem of the im pleme nted  D ISMC - P W M .     3 1 1 sB b B G L b = 4 2 1 sB b B G L b =   and  2 3 1 ( B ) B s dc Lb BG Cb =+     3.2.2.   Desi gn   of In tegral sli di ng  m od e  c on t rolle r f or the  buck  c onver te r mo de   Con si der i ng  t ha t t he  buck  con ver te r  operates  in  CC M ,  and t he  c ho se sta te  v aria bles are  t he  in duct or  current  I L B   and  the   DC - li nk  vo lt age  V dc .T he  dynamic  of   t he   bu c c onve rter  is  desc ribe with  the  dif fe ren ti al   equ at io ns ( 14), w her e  u 3   ref e r s to  t he  sta te   of the s witc h K B 2 .       3 3 3 3 ( ) ( ) u x f x g x =+     (14)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   4 D ecembe 2020   :   1995     2006   2000   wh e re 3  v T L B dc xi =   3 ( )     T dc B B d c i v fx LC  =     and  3 g ( )       T dc LB B d c v i x LC  =     the  s witc hing s urface S 3   is f ormed wit t he DC - li nk  vo lt ag e erro ( e 1 ),  t he  integ rati on of  this er ror  ( e 2 )   a nd the  inducto c urrent   i LB . Th e sli di ng surfa ce   S 3   i s expr e ssed  in ( 15 ),     3 1 1 2 2 LB S c e c e i = + +       ( 15)     wh e re c 1   a nd   c 2   are  the  sli di ng   s urface  par a mete rs   dete rmi ned   acc ordi ng   to  reac hab il it conditi on   [9 25] the   error s  are   gi ve n by,       * 1 * 2 e             e ( ) d t d c d c d c d c Vv Vv =− =−     (16)      the  co ntr ol  dis crete f un ct i on  of the  buck  conv e rter is  conc lud e d from t he t ran s ver sal it y   c onditi on  [ 25] .       3 3 3 1     w h e n        S 0   0     w h e n        S 0 u =     (17)     the  de rivati ve   of the s witc hing s urface is  give in  equati on  (18),       33 3 1 2 1 ( ) ( ) d c L B d c B d c d c B B i u i u v v S c c e C C L L = + +     (18)     so lvi ng  the  e qu at ion   ( ̇ 3 =0) , t he  contr ol sig nal  would be:       * 1 2 3 1 () dc B d c d c d c B eq dc LB d c B ci v c V v CL u v ci CL + = +     (19)     3.3.   Non - li ne ar  pr edic tive  c ontr ol of in duct i on mo t or   Figure  pr ese nts  the  non - li ne ar   pre dicti ve  con t ro of  the  i nductio m otor.  T he  mathem at ic al   mo de l   of the  I M  is  presented  in   t he  t wo - di mensi onal  stat or   ref e re nce  fr ame  (α - β)   [ 26]   is:       ( ) ( ) u ( t ) x f x g x =+     (20)     wh e re T s α s r α x = [ i   i       ω] rm   ( ) [   u ] T ss u t u  = ,     1 (x) 1 () s r m r r s r m r r m s r m r rr m s r m r rr ml r r s r s m r K i pK T K i pK T L f i p TT L ip TT pL T f ii J L J J  + +    +     =    −+        an 1 1 1 2 1  0       0     0     0 g [ g  g ] 1 0         0     0     0   T s s L L    ==        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ro bu st  non - li ne ar  c ontrol  of  a hybri w ater  pum ping syste m ba se d o i nduction m otor ( Za k ar ia  Massa q)   2001   wh e re ,   u u ,   i i   are   the  sta tor  vo lt a ges  and  the   sta tor   currents re sp e ct ively,  a nd  ф ф   a re  ro t or  flu xes.  The  c onsta nt  pa rameters  of t he  model a re  de fine d by ,     2 m sr L LL   = m sr L K LL = 2 2 1 () m sr s r L RR L L =+     wh e re L s L r   are  sta to an ro t or   i nductan ces,  an L m   is  the  m utu al   i nducta nce,  R s ,   R r   are  sta to a nd  r otor   resist ances,   a nd  T r L r /R r   is  r otor  ti me   c on st ant,   numb e r   of  po le s   pair,  T l   loa tor que,   J   inerti c oeffici ent,   f r   fr ic ti on coe f fici ent.   T he  s quar e of  r otor  flu x and t he spee a re tw c hosen   ou t pu t t o be  re gu la te d,     ( ) ( ) ( ) 2 2 2 1 2 1 2 ( ) y   y h ( )     h ( x )     = + T TT m r r r y h x x  = = = =     (21)     the  co ntr olled  var ia bles ca n b e ex pr es sed  w i th Lie  der i vatives as ,       21 21 2 1   y ( t)       0     h ( ) ( ) ( t)   L h ( x )               0 ( ) ( ) L ( ) ( t) f f x Y t y G x u t hx y        = = +               (22)     wh e re 1 1 1 2 1 1 1 2 11 1 22 L L h ( )         L L h ( )   () L L h ( )         L L h ( ) g f g f g f g f xx Gx xx  =    T 12 L h ( x ) = [ L h ( x )   L h ( x ) ] ,       0 i 2 i i i f f f    wh e re () fj L h x   op e rator is Li der i va ti ve  nota ti on of  the  functi on  h j   with t he respe ct  to  f (x).    The  basic  idea  beh i nd   t he  pr e dicti ve  co ntr ol  consi sts  of   t he  const ru ct io of  co ntro la w   u( t)  a ble  to  for ce  the  sy ste traj ect ory  to  f ollo the  desire tra je ct or i f uture  horiz on   (t+τ r ) T he  co ntr ol  la is  obta ined   thr ough   the  opt imi zat ion   of  t he  co s functi on  expresse as ,       0 1 ( ( ) y ( t ) ) ( y ( t ) y ( t ) ) d 2 r T rr J y t = + + + +     (23)     us in Tayl or  s eries  e xpansi on  of  t he  outp uts  a nd  of  the   re f eren ce   ou t pu ts   the  c os f un ct i on  ca be   re w r it te as  [15, 1 8] :       ( Y ( ) ( t) ) ( Y ( t) ( t) ) T rr J t Y Y =     (24)     wh e re ( )  y ( t)   ( t)   ( t)    T rr rr Y t y y  =     ( ) * 2 *       T r m r y  =   and      23 rr r 2 × 2 2 × 2 2 × 2 2 3 4 r r r 12 2 × 2 2 × 2 2 × 2 0 23 3 4 5 r r r 2 × 2 2 × 2 2 × 2 ττ τ I I   I 26 τ τ τ I I   I 2 3 8 τ τ τ II T ( ) T ( ) I 6 8 20 r T T d       = = =              the  opti mal c ontr ol law is  de du ce d b set ti ng the  foll owin g co nd it io n,     1 2 3 1 3 1 0  G ( x )   G ( x ) G ( x ) ( ) 0 T TT J M u t u  = + =       (25)     finall y ,  the c on trol law  u(t) is  ob ta ine d b y,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   4 D ecembe 2020   :   1995     2006   2002   1 1 1 3 2 2 2 ( ) ( )  I T u t G x M  =       (26)     the  co ndit ion s   { 22 { 0 } rr   + and  { , } 0 rr   }   shou l d be  fu lfil le d   to i nv e rse  t he  mat rix G 1 ( x) [1 5] .       - T l =K p u m p * ω ² m   Thr ee  P ha s I nv e rter C dc V dc IM 2 . 2   K w SV M K1 . . . K6 N o n   Li nea P redi ci v C o ntr o l (N P C ) ω m *   α - β              a bc  U s ,   a b c Fl u x   O b se r v e r U α s U β s I α s I β s I α s I β s ω m   ω m   x + I s ,   a b c C e n t r i f u g a l   Pu m p U α s * U β s *     Figure  4 .   Non - li near   pr e dicti ve  contr ol of i nduction m otor       4.   SIMULATI O N RESULTS   AND A NA L Y SIS   The  hybri pu mp in sy ste m   has  bee te ste in   M AT LA Simuli nkT M   s oft war e T he  pr i ncipal   data  of  t he  hybri pum ping   s yst em  a re  li ste in  Ta ble   2 Fig ur e   5   (a s how that   li near  a nd  sud den  ir ra diance s   are  a ppli ed  t the   s ys te m,   a nd  the   te m perat ur e   is  fixe at   25  °   value  due  t it li tt le   eff ect   on  powe r   var ia ti on .   Fi gure  5   (b)  descr i bes  the  e voluti on   of  P volt age,  the  c ontr oller  base on  D IS CM - M PP track s   fastl t he  refe r e nce  volt age   V pv *   pro vid e by   P& O   al gorith m.  I a ddit ion ,   z oome vie on  t he  PV  volt age   curve  il lustrate that  the  volt age  fluct uatio ns  are  small   w hen   t he  MPP  i reache d.   In   order   t ma ke   fair   com par is on  po ssible,  the  desi gn e DISMC - M PP is  c omp ared   wit both   the  co nventi onal   S M C - M PP an the  I SM C - MP PT  un der  the  s ame  ope rati ng  conditi ons  of   t he  s ys te m.   Fig ur e   5   (c a nd  Table  1   cl earl show  the   imp roveme nt   of  t h e   extract ed  po wer . Fr om si mu la ti on dat a, it ca be  obser ve that t he  co nve ntion al   SM C - M PP pres e nts  the  hi gh est   powe fl uctuati on s the  sl ow e tracki ng  sp ee an th la rgest   ste ady - sta te   error .   The  ISMC - MPPT  in creases   the  trac king  sp ee d,   but  the   amplit ude  of  powe os ci ll at ion   is  not  re du ce sign ific a ntly.   I c ontrast ,   the  D ISM - M PPT  re du ce t he  a m pli tud e   of   po w er o sci ll at ion   a nd  im pro ves  t he   ot her   performa nces i c omparis on  with  ISMC - MPPT .       Table  1 C omp ariso n of  the  MPPT  pro per ti es  in  te r ms  of po wer oscil la ti ons and trac king  sp ee d durin s udde change  of ir radi ance   Ir radian ce  ( W / m ²)   6 0 0  400 2 0 0   3 0 0  5 0 0  70 0   MPPT     Techn iq u e   Tr ack.  Power     sp eed Oscill .     (m s (W )   Tr ack.  Power   sp eed Oscill .     (m s (W )   Tr ack.  Power     sp eed Oscill .     (m s (W )   Tr ack.  Power     sp eed Oscill .     (m s (W )   Tr ack.  Power     sp eed Oscill .     (m s (W )   Tr ack.  Power     sp eed Oscill .     (m s (W )   SMC   4 0 0  0.8     2  0.3     -   0 .09     -   0 .2   2  0.9     2  0.8     ISM C   6 9  0.6     1 .2 0 .3      -   0 .07       -   0 .16     1 .85  0.9       1 .8 0 .8      DIS MC   6 9  0.5     1  0.2       -   0 .05       -   0 .1    1 .5 0 .3      1 .5 0 .6        On  the  oth e si de,   t he  sli di ng  mode  c on t ro s cheme  f or   t he  bid irect io nal  c onve rter  is  c ompa red  with   the  c onve ntio na PI  c ontrol   s cheme.   Fig ur e (a present the  regulat ed   DC - li nk  volt age  with  bo t c on t ro l   strat egies.   F or  the  P I - base c on t ro ll er,   it   ca b e   seen   that   the  DC - li nk   vol ta ge  m oves   aw ay  from   it refe ren ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Ro bu st  non - li ne ar  c ontrol  of  a hybri w ater  pum ping syste m ba se d o i nduction m otor ( Za k ar ia  Massa q)   2003   wh e t he  bid ir ect ion al   c onve rter  s witc hes   f rom  on e   m od e   (c hargin g/d isc hargin g)  to   an oth e r.   O the   oth e r   hand,  the   DC - li nk   volt age  is   accuratel re gula te with  t he   sli ding  m ode  con t ro ll ers in   th is  case,   the  s ys te pr ese nts  a i ns ig nificant   dro of  volt ag an s hort  s et ti ng   ti me  w hen  the   opera ti ng   mode  c ha ng e s .   Fu rt hermo re,  t he  volt age  ri pple are  reduce with  the  pr opos e co ntr oller The  sta te   of  c harge  ( SO C s how in  Fig ur e   ( b)  re flect the  ba tt ery’s  c harg ing /disc hargi ng  m odes.  T he  SO inc reases   when  t he  batte ry   is   chargin a nd   vi ce  ver sa.  Fig ure  (c)   s how that  the  in du ct or   L B   op e rates  in  CC M   m ode,   the  batte r rec ei ves  the  c urren t   f rom  the   DC - bus  durin cha rg i ng  (i LB   ne gative a nd  deliver t h c urre nt  to   D C - bus  f or  the   ti me  of   discha rg e  ( i LB   po sit ive ).   It  can  be  obse rv e f r om   Fi gure  7   (a that  the  non - li nea pr e dicti ve  co nt ro ll er  trac ks   t he   ref e ren ce  sp ee with  a   very  fast  dyna mic.  T he  el ect romag netic   to r qu e   c urve  pr e sents  reduce rip ples  beca use   the   curves   of   sta to c urre nts  a re   qu it e   cl os e   to   t he  sin us oi f orm,  w hich   is   de picte in   Fig ur 7   ( b)   an Fi gure   ( c).   Fig ur 7   ( d) sho ws  that t he  d eco upli ng   be tween th flu an the t orq ue  is achieve a ccur at el y beca us e the   flu sta ys   cl ose   to  it s   re fer e nc e.  Si nce  t he  NP c ontr oller  track th ref e ren ce   s peed  wi th  high  perf ormance,   the  centrif ugal   pump   pa rame te rs  (f l owrate ,   hydrauli po wer are  im prov e d.   Fig ur 7   (e a nd   Fig ure   ( f)  il lustrate  that these  par a mete r s foll ow ex act l thei re fere nc es.         (a)     ( b)       (c)     Figure  5.  Sim ul at ion  r es ults  of the  P ar ra y para mete rs u nder linear  a nd sudd e i rr a dianc es.   (a)   Irra diance,   (b)  P V v oltage,  ( c)  T he  e xtract ed  P V p ow e r f or d if fer e nt m e thods       Table  2.   H ybrid   water  pum pin g sy ste par a mete rs     Para m eter   Valu e   PV ar ray   Cu rr en t at  m ax im u m  po wer  ( I mp )   1 7 .68 A   Vo ltag e at  m ax im u m  po wer  ( V mp )   204V   Maximu m  po wer ( P m at S TC   3 6 0 6 .7 2 W   Ind u ctio n  M o to Drive   Rated  po wer  (P m )   2 2 0 0 W   Rated  sp eed ( ω r )   1 4 3 0  r p m   Rated  f requ en cy  ( f   No m in al  v o ltag e ( L - L)   5 0 Hz   230V   Rated  f lu x  ( r )   0 .6W b   Cen trif u g al Pump   Rated  pu m p in g  f lo w ( Q r )   10m 3 /h   Rated  pu m p in g  head  ( H r )   50m     Pu m p  con stan t ( K p u m p )     6 .55 ×1 0 - 4 W /(r /s) 3   Battery  Pack   No m in al vo ltag e ( V B )   192V     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   4 D ecembe 2020   :   1995     2006   2004     (a)           (b)    (c)     Figure  6.  Sim ul at ion  r es ults  of  batte ry   pa ram et ers  un der dif f eren t l oad v a ri at ion s .   (a)   DC - li nk  vo lt age for   both   PI  a nd S M m et hods ,  (b) st at e of c harge, (c)  the ind ucto c urren t i LB         (a)       (b)       (c)     (d)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.