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.  11, N o.  1, Mar ch 20 20,  p p.  477~ 4 8 6   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v11 . i 1.pp 4 77- 48 6           477     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i j p eds.i a esco re .com  Intellige nt fuzzy sliding mode c on troller based on FPGA for the   speed c ontrol of   a BLD C  motor       A r u n  P r a s a d  K .  M ,   U s h a   N a i r   S c ho ol  o f  E ngin eeri n g ,   C och i n Un iv ersit y   o f   S c i e nce  and   Tech no l o gy,   I nd ia       Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  Jul 8,  2019  Re vise d A ug  9 , 2019   Ac ce p t ed  Oc t  2 2 ,  2 019      Brus hl e s s  DC  ( BL DC)  m o tors  a re  o ne  o f   the  m o st  w ide l y  us ed  m oto rs  f or   vari ou s  in dustrial  ap pl icati o n s   d u e   t o   t h e i r  h i gh  eff i c i ency ,   h igh  t o rq ue  t o   wei g h t   r atio   a nd  el im i n ation   of   m echan ical   c om m u tato r.  T he s e   m o tor s   op erate  i n   w ide  ran g e   o f   s p eeds   and   ne ces si ta te  p recis e   s peed  c on trol   tech ni ques ,   f or  t hei r   nonli n ear  m od el,   ins e ns eitiv e  t o   p aram ete r  vari at ions  and   ex ternal   d ist u rb ances,   wh e n   u s e d  i n   v arious   s ensiti ve  a pp li cations.  Co nv e n tion a l  PI   a nd   o th e r   e xist in g   c o ntro lle rs  p ro du c e   high   o v e rs ho ot   a nd   in creased  r i s e  tim e  and   s e tt li ng  t i m e .  Th e  p e rfo rm ance  of   B LDC  m o t o r  i s   enh a nc ed  u si ng   a   F uzzy   S li d i ng  Mo de  C o n t r oller  (F S M C )  whose  gai n  is  in te l l i g ently   v aried   wi th   t he  h el p  o f   a   F uzzy   I n f er en ce   S ys tem   ( F IS ).   F o r   t hi s   pu rpo s e,   a   s uitab l e  F S M C   i s  desi gned ,   s im ulated   a nd   i m p lement ed  u s i n g   FPGA.  T he   s i m u l a t io n  re sul t s  a r e   va lid a te d  us ing   Ha rd wa re   i n  th e lo op  (HIL )   sim u l a tio n  as  w e l l  as   act ual   hardware  i m p l e m e nta t io n.   G reat   i m p ro ve me n t   i n  th e  tran s i ent  perf orm a n ce  is   achi e ved  when   c omp a red  t o   c h a tt er  f r ee  S M C,  F u zzy  P I and   co n v en ti onal P I  co n tro l l e r. K eyw ord s :   BL D C   m otors   FPGA   Fu zz y   l ogi c  F u z z y sl id ing  mode  con tro l   Har d ware-i n - l o op  si m ul at ion   S lid ing  mode  c ontro l   Th is  is a n  o p en acces s a r ti cle u n d e r t h e  CC  B Y -S A  li cens e .    Corres pon d i n g  Au th or:   Aru n   Pras ad   K .M .,    S c hoo l   o f  Eng i n ee ri ng,    Coc h in  U ni versi t y o f   S cie n ce  and Te c h n o l o g y ,   U n i v ersi ty  R oa d,  S outh K a l a ma ssery,   K a la ma sse r y, K och i ,  K e r a la  682022,  Ind ia   Em ail:  kma r un prasa d @ g ma il.c o m       1.   I N TR OD U C TI O N   Brus h l ess  D C  (BLD C ) m o t o r s  ar e   i nc rea s in g l y  ga i n i ng im po rtance   i n  vari o us  a ppl ica tio n fie l ds suc h  as  a eros pac e ,   aut o m o ti ve,   m e dica l,   i n dustr ia l  a n d   c ons um er  e qu i pm ent,   m a c hine   t o o l   d rives,   f a n s   i n   H V A C  and refri gera ti on [1].The y  a re muc h pre f er red o v er co nve n t i o nal  i nd uc ti on m achi n es  due  to  t h e i r   l o w e r   inert i a   all o w i ng  for  fa ster   d ynam i c  r e sp onse  t o   r efe r enc e   c om ma nds,   low er   m ainte n a n c e   d ue   t o  t h e  e lim ina t i on  o f   me cha n ic al  c o m m u tator  an d  hig h e r   e ffic i e n c y  pro v i de d  b y   t he  u se   o f  p e rm anent  ma g n et s  whic h  re su l t s  in   vir t ua l l y  z e r o   r ot or  l osse s  [2 - 3 ].  T he  B LD C  m o tors  a re  h i g hl y   p ref e rred  over   b r u s h e d   D C   m o tors  i n  high  tor que  t o  w e i g ht  r atio  a ppl ic a t i o ns  due   t o  t h e i r   hi g h   pow er  d e n si ty  [ 4-5 ] .   The  re pl a c e m e n t   of  m ec h a nica l   com m uta t or   i n   c o n v e n t i ona l  D C   m otor s  w ith  e le c t ron i c  de vice s  in   B LDC   mo to rs  p rovi d e s  hi gh   r e l i a b i l i t y ,   bu t at  t he  cos t of pre ci se e lect ron i c  con t ro l m e c h ani s m  for  i t s  smo ot h   func t i on i n g .   P r oport i o n a l -p l u s- Inte gra l   ( P I )  c ontro l  te ch n i que   i s  t h e  m o st  c om mon l y  u s ed  m e t h od  fo r  the  spe e d   con t ro l  o f   B L D C  mot o rs  [ 6] .   Thi s   c o n t ro l  is  n o t   c a p a b le   e no ugh  i n   d ea l i ng  w i t h   s y s tem   unce r ta i n t i es  s uch  as   para me ter  var i a t i o n  a nd  e x terna l   d istur b a n ce s  d u e  t o   i ts  f i x ed  na t u re   o f  t h e  con t ro l l er  p a r a m e t ers K p  a n d   K i .  In  order   t o   o verc ome   t h e   a b o v e   li m i t a tio ns  o f  con v e n t i ona l  P I   c ont r o l l er,   a  F u z z y  P I   c ont r o l l er   i s  use d   i n   w h ic h   the  K p  a n d  K i   a re  v a r ied  i n t e lli ge nt l y   acc ord i ng  t o   t he  v ar ia tio n  o f   e rror  s ig na l  an d  i t s  r a te  o f  c h a nge  [ 7] .  A n   op tim al  P ID   c on tro l ler  usi n g   G e ne ti c   A l gor ithm   (G A )   b as ed  o n  I S E  e rror  criteri on   r e s u l t s   i n   improve d  tim e   respo n se  [ 8].   H o w e ver  P I   c on tro l lers  do  n o t  w o rk  w e l l   w i t h   n o n l i n e a r   an d  c o m p le x  sys t em s.  A dap tive   [9 ] ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J   P o w   E l e c   &   D r i   S yst   V o l.   11,   N o.   1 ,   Mar   202 0  :    477  –  48 6  47 8 ba ck   s t e p p i n g   [ 1 0 ]   a n d   sl i d in g  m o de  t ec hn i que s  [ 1 1]   a r e   c on tr o l   t e c h n iq ue s  th at   f i n d s   a pp li c a ti on s  i n   v a r i o u s   e l e c tr ic  d r i ves  a nd  m a n u fa c t u r ing  i ndus tr ies   w h er e   hig h   p r e cis i o n   c o n t r o l   is  r e quir e d,   e ven  tho u g h   t he y  ar e   c o mple x  a n d  e xpe ns ive .   S lid i ng  M ode   C on t r ol  ( S M C)   can   h a n d l e   u n ce rta i n   and   no nli n ea r  sy st e m s  and   i s   r obust  a g a i ns t  exter n a l   d i s t u r b anc e s   a n d   p ar a m e t e r   v ar i a tio ns  [ 12] .   C o n v e n t i ona l  S M C   h a s  be en  s ucce s s f u ll y   im pl e m e n te d  to  c on t r ol  d r i ve   s ys tem s   l i k e  D C   m o t or   a nd  BLD C   m o t or   [ 13] .   H o w e ve r ,   S MC   i s   h i gh l y   p r o ne   to   c ha t t er ing,   a   p h e n o me n o n   of   h i g h   fr e q ue ncy   o s ci lla ti on s  in  t h e   o ut p u t   d u e   t o   th e   hi gh  fre qu en cy   s wi t c h i ng  of   t h e   c on tr o l   a ctio n.   T his  lim it a t ion  is  o v e r c om e  usi ng  a  bo un da r y   l a y er   a r ound  t h e   slid in g  s u r f a c e ,   by  r e plac in g  t h e  d i sc on t i n u ous  s w itc hi n g   f unc tio n  w i th  a   c on tin uo u s  f o r m   m ost l y  by  a  sa t u r a tio n  f unc t i on  [1 4]   a n d   ha s  bee n   a pp lie d  f o r   the   c o n t r o l  o f   A ct i v e  Ma gne t i c  Be ar in g   [ 15 ].   F u zzy   L og ic  C ontroller  (F LC)  [ 1 6 - 1 7 ]   is c ap ab le  of  h a nd l i n g   i m p re cise an d  unc er ta in  d esc i on m a k i n g  p r o b l e m s  a nd  ha s  bee n   s u c c e ssf u l l y  ap p l ied  t o   va r i ous  i n d u str i a l   c ontr o l  s y ste m s  like   Bal l   and  B e am   s y s tem   [1 8] ,   D C   m otor s  [ 19]   a nd  I n d u c t i on  motor s   [20 ] .  B y   c o m b i ni ng   t h e   i nte l li g e nc e  of   F u z z y   l og i c   w i t h   th e   SMC ,  t h e  co n t ro ll e r   g ai n  of  S MC  c an  b e     su ita b l y  var i e d .     A n   F PG A   is  a   l a r ge- s c a le  i n t egr a te d  c i r c u i t,   f or   w hic h   t he   h ar d ware  c o n figu ration   can   b e  ch ang e d  by   p r ogr am ming,   w her eas  t he  A p p l ica t ion   S p ec if i c   I nt e g r a te d  Ch i p  ( A SI C )   like   Di g i ta l  S i gna l  Proc ess o r  ( D S P )   a r e   h a v ing   a   pr e d e t er m i ne d,   u nc han g e a b l e   h ar dw ar e   fu nc ti o n  [ 2 1- 2 2 ] .   F P G A   is  s ucc e ss fu l l y  us ed  f or   t h e  i m pl e m e n ta t i on   o f  ai r c raf t   c ont ro l  [ 2 3 ] ,  h y b r i d   p ower  s y s t e m  [2 4 ]   a n d   m a ny  mo re.  T h e  co mp l e x  c o mpu t a t io n  i n   t he   F uzz y   S MC  u s i ng  F P G A   i s  pr e f er r e d  d u e  t o   t he   f a s t  com p u t a tio na l   abi l ity,   r econf ig ur ab le  ha r d w a r e   c ons tr uc ti o n ,   l o w   p o w e r   cons ump t i o n,   e m b edde d  pr oc es so r   a n d  sh or te r   des i g n   c yc l e .   Th is  p a p e r   pr esen ts  a   v a r i a ble  g a i n   F S M C  f o r   t h e  i m pr ove d  spe e d   c ontr o l  o f   B LD C   m o t o r  a n d   i t s  s i mula ti on,  H IL  sim u la ti on  a n d   the  h a rdwar e   i mplem e nta t i o n   usin g  F P GA.  Tra n sie n t   a n d  ste a dy  s t a t e   pe r f o r m ance   o f  B L D C   m o tor   is  c om p a r e d  w i t h   t ha t  of  c hat t er   f r e e  S M C,   F uzz y   P I   contr ol l e r   and  c o n v e n tio n a l   P I   c ont r o lle r .   T he  t r an si ent   as   w el l   as  s t e a d y   st a t e  p e rfo rman c e   a re   g re a tly   i mp ro ve d   w h e n   t he  g ai n  o f   t he   S MC  i s  i n tel l i ge n tly  v a ried  u sing  Fu zzy   Lo gic.        2.   BRUS H LESS  DC   M OT OR  A   B L D C   m oto r   i s  a  per m a n ent  ma g n e t   m ot or   w hic h   u ses  pos it io n  de tec t or s  and  in ver t e r s  t o   c o n tr ol   t h e  sp e e d   a nd   c u rren t .  Th e  simp l i fi e d   e qui va l e nt  c i r c u it   o f  a   B LD C   dr i v e   sys t em   i s  gi ven   in   F ig ur e. 1.   T h e   sta t or   w i n d i ng s  A ,   B ,   C  ar e  ener giz e d  in  a   p r e def i ned  s e que nce  for  a  par tic u l a r   d irec t i o n   o f  ro ta ti on  a n d   r e ver s e d   f or   t h e   opp osi t e  di r e cti o n.             F i gur e  1.   S impli f ied  eq u i va le nt  c i r c u i t   o f  BLD C   d r i ve   s ys te m      A   B L D C   m oto r   w ith  t hr ee   p h a se  s tar   connec t e d   w i n d i ng s  is  r epr e s ented  b y   the  fo l l ow in g  equa t i o n s  [ 25] .     ) ( ) ( ) ( b a b a b a ab e e i i dt d L i i R v    ( 1 )   ) ( ) ( ) ( c b c b c b bc e e i i dt d L i i R v  ( 2 )   ) ( ) ( ) ( a c a c a c ca e e i i dt d L i i R v  ( 3 )   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       Inte ll ige n t   fuzz y  sl i d i n g m ode  con t r o ll e r  b a se d on  FPG A …  (Arun Pr asa d  K.  M)  47 9 L T B dt d J T  ( 4 )     Where    i s  the  resi stance  p e r   pha s e   o f  t h e   st at o r   w i ndi ng ,    i s  the  in duc tance   per   phas e ,    i s   t h e   bac k   E MF ,  and    i s  the   pha s e   c urr e nt  o f  t h e   “ A ”  phase .  T  i s   t he  t or que  d eve l o p ed,   T L  i s   t h e   l o a d  t o r q u e ,   J  i s   t h e   mo me nt   o f  i n erti a  a n d   B   is  t h e   fri ct ion   co eff i ci e n t .   T h e   p a ram e ters  o f  the  selec t e d   B LD C  m o t o r  are   gi ve n  in Ta b le  1.       Ta ble   1.  B LD C  mot o r  para me t e rs  Motor Pa r a me t e rs   R a ting   Ra t e d  sp ee d   3000  r p m   No  o f  sta t or   pole   p a irs   4  Ra t e d  torque  0 . 16  N m   Volt a g e   C onst a nt   146. 6   Torque  c onsta nt  1 . 4   N -m / A   Re sis t a n c e   of  S t a to r  windi ng  ( R )   2. 875  oh m   I n du ct an ce o f  S t a t o r   w i n d i ng  ( L )   0. 0085H   Mo me nt of ine r ti a   ( J )  0. 0008  Kg -m 2   Ma xi m u m   flux  linka g e   ( ψ m )  0. 175wb   Visc ous  f r i c tion c o e f f i c i e n t  ( B )   0. 001N-m -s/ra d       3.   SPEED CONTROL   The   s p ee d  c o n t ro l  o f   B LD C  m o tor  is  s im il ar   t o  a  separ a t e ly   e xc i te d   D C   m o t or   w her e   t he  s peed   i s   direc t l y   p ro p o rti o nal   to   t he   v ol t a ge  a p p l i e d   t o  the   m o t o r  t e rm i na ls.   In   o rd er   t o   g e t   de sire d  s p ee d,  t h i s  v o l t a g e   ac ross  the   m o tor   te rmin a l s   i s   v a r ie d  by  a p pl yi n g   p r o per  P W M  s i g n a l s   o f  v a ri abl e   d uty   cy c l e .   H ere   we  d esi gn  a FS MC  an d  c ompa re its perf o rm ance   w it h  c h at ter fre e  SM C ,   F u zz y   P I   an d   c o nv en ti on al   P I  c o nt ro lle r  t o   f i n d  its  i m p rove me n t .     3.1.   S lid in g  mod e  con tr o l   A   Slid in g  Mo de  C o n t rol  (SM C )  i s   a   V ar ia bl e   S t r u ct ure  C o n t r o ller   ( V S C)  w here   t her e   a re   s eve r a l   sub s ys tem s   a n d   s w i t c hin g   b e t w e en  t he se  s u b sy st e m s  a r e  do ne  i n  o rde r   t o  br in g  t h e  pl ant  sta t es  t o  a   use r   defi ne d   sli d in g   surface .  The ba si c   co ntro l  l a w   of  t he c o nve nt io n a l   S M C   is  g i v en  a s :      ) ( s ksign u  ( 5 )     Where  s   i s  th e   sw itc hi n g   f u n c t i on,  k   i s   the   co nt rol l er  g ai n   co nst a nt   a n d   si gn  ( ꞏ )   i s  t h e   s i gn um   fu nc ti o n [14].   The   m a i n   d r a w b ac k  of  c o n v e n t i o n a l   S M C   i s  cha tte ri ng,   a   phe n o m e n o n  of  h i g h  fre que ncy   osc illa t i o n s  i n   t he   o u t p u t.   T hi s  l i m ita t i on  is  ove rc om e  by   r e p l a c i ng   t he  d i s co nt inu o u s  s i gn um   f unc t i o n   by   t he   c o nti n u o u s s a tu ra ti on  f un cti o n   an d   th e   mo dif i ed  c on t r ol  l aw i s      ) / ( s ksat u  ( 6 )     wh ere    i s  a  co ns t a n t   p ar am et er  t hat  de n o te s   the   b o u n d ar y  laye r  th ick n e s s   ar ou n d   t he  s w i tc hin g   surfa ce.   ) / ( s sat is a saturati o n  f u nction def ined as:    1 ) / sgn( 1 ) / ( s if s s if s s sat  ( 7 )     I n   o rder   t o  gu ara n t e e  t h e  t r aj ec t o r i e s   o f  t h e   sys t em   t o  m o v e   t o wa rd   a nd  st ay   o n   t h e  sl id ing   su rf a c e  from  a ny in i tia l  con d iti on,  t he  f oll o w i ng c o n d i o n is t o  b e  sati sfied:    s s s  ( 8 )   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.  11,  N o.  1 , Ma r  202 0  :    477  –   48 6  48 0   wh ere  η   i s  a   st rict l y   pos i t i ve   c on sta n t  w h ic h   m a kes  the   sys t em   t ra j e ct o r i e s   m e e t  t h e  s l i d i n g  s u r f a c e   w ithi n   a   f in ite  time .   T he  t ra ns i e n t   r esp o n se   o f  t h e  s y ste m   i s   d eter mi ned  b y   the  sli d i n g  sur f ac e  o f   t he  S M C   i f  the s l i d i n g  mode  exi sts. The  e rror  betw ee n the  refere nce  speed  and  ac tua l   s pe e d  is  g i ve n   by     ref e  ( 9 )   wh ere,   ω ,  ω re f   a nd  e   a r e   t h e   actua l   s p ee d   a nd  the  de sire d  refe renc e  s p ee d  a n d   e rror  i n   s p e e d   re sp ec ti v e ly .  Th e   sl i d in g   su rfa c e   s  i s   t a k e n   a s  a  f u n c t i o n  o f   t h e   t r a c k i n g   e r r o r   e ,  i t s  inte gral  edt   a nd  i t s  r a te   of  c ha n g e e  a n d   i s  g iv en   by    edt e e s 2 1  ( 1 0 )     Where  λ 1  a n d   λ 2  a r e  s u r f a c e   p a r a m e t e r s   w h o s e   v a l u e s  d e t e r m i n e  t h e  s l o p e  o f   t h e   s l i d i ng  s u rf a ce  a n d  one  o f  the   c o n d i t i ons  f or  t h e   e xi s t e n c e   o f  sli d i n g  s u rfa ce  is  t ha t  t h e   va l u es  o f  the s e   p a ram e te rs  a re   s t r ic tl y   p o s i t i v e  re al   c o n st ant s .  Th e  v a lu e s   o f   λ 1 and   λ 2   a re  o bta i ne d  us in g  tria l   and   er ror  an d  se lec t ed   a s  8  a n d   1 2   respe c t i ve l y , so  t h a t   t he surfa ce  a l w ays ha s  a  posit i v e slo p e   a nd the  swi t c h in g  sur f ac e  s   obe ys e q u a tio n   (8).      3.2.    Fu zz y sli d in g  mod e  con trol  ( FSM C )  F u z z y   I n f e r e n c e   S y s t e m   ( F I S )  h a s  t h e  p r o p e r t y   o f  a r t i f i c i a l   i n t ell i g e n ce  wi th   a   f uz zi fi ca t i on   uni t,  dec i si o n   m a k ing  un i t   a n d   d e f uzz i f i c a t io n  u n i t .  The  f u zz ifica t i o n  u n i t   c onve r t s  t h e   i n p u t s   t o  corr esp o n d i n g   f u zzy   v alu e s  by   u si n g   i npu t   memb ersh i p   f un c t i o ns,  d e c i sio n   maki ng   unit s   g e n e r at es  t he  f u z z y   o u t pu ts  b a s ed  on  fuz z y  ru les   a nd  de fuzz i f ic ati on  u n i t   c o nver t s  i t   b ac k   to  t he   r e a l  v a l u e   us i ng  t h e   ou tpu t   m e m be rsh i p   f u n c t i on s. Th e  ce n t r o i d   me t hod  i s on e   t h e   pop ul a r  me t h o d   fo r d e fuzz i f ica t i on  an d i t  is u t i lize d  he r e.    B o t h   S MC  a n d   F LC  h ave   s p e c i f ic  a d v a n t a ge s  a nd  m o de   o f  op e r ati o n s  in  a c h ie vi n g   c ontro l  un der   u n c ert a in   a n d   imp r e c i se   c ondit i o n s .  Ho wev e r  th e r e  are   hig h l y   d e m a nd i n g   s i t u a tio ns  w here   m ore   a ccur a t e   a n d   p r e c i s e  co nt rol  sc h e me s  are   v e ry   e ssen t i a l .   T o   a d d r es s  su ch   d em a n ds  i n  BLD C   m ot or  c on t r o l ,   w e   p r opose   a   su i t a b le   c om b i na t i o n   o f  S M C  a n d  F L C  i n   o r d er  t o  ac hi e v e  im pro v e d  perfo r m a n ce  from   t h e   e xis tin g  tech n i q u es.   Wi th   h i g her   va lue s   o f  ga in   k   o f  S M C,   e ve n  tho u g h   the   spe e d   of   r espo nse   o f   t h e   s ys t e m  impr ov es,  the  c h a tter i n g   a ls o  i n c r ea ses  si m u lta ne ous l y   w it h  it.   H ence   i t  is  d e s i r ab le  t o  ha ve  h i g h  v a lue   of  g a i n  k  dur i n g   trans i en t  s t a t e s   t o   i m prove  t h e   s pe ed  o f  re s p o n se   a nd  low   val u e   d uri ng  s t ead y  s t ate s   f o r   r educ i n g  the  c h at ter   effec t .   In  t he   p rop o se d  m ode  o f  c o m b ina t ion ,   t he   v a l ue   o f   t h e  c onsta nt   k   i n  t h e   c o nt r o l   la w   of  m o d i f i e d   S M C   gi ve n by  eq ua t i o n  (6)  i s var i e d  appr opria te l y  by a   F u zzy  I nfe r e nc e  System .            F i g u r e   2 .   ( a )  a nd( b)  F uz zy  I npu t   me mbe r shi p  fu n c t i o n for ‘ e ’  and ‘ de/d t ’       F o r  the  pro p o s ed  c on tro l l e r,   t he  e rr or  s igna l  e   a n d   its  r ate  of  c ha nge   e   a re  t a k en   a s  th e   inp u t   to   t h e   FIS  a n d   th e   v a l u e  of   c on t r ol le r  g a in   k   a s  the   corr esp o n d i n g   o u t pu t .   T he  i np u t   m em bershi p  func t i on  fo r   e   a nd  e   a re  g i v e n   i n  F i g u r e   2 (a)  and  (b )   respec ti v e ly.   A   com b i n a t i o no f   t ri a ngul a r   a n d   t r a p e z o i d a l   me mb e r sh ip  fu nc ti o n s  are   u s ed  a n d   t he  u n i ver s e   of  d i s cl osure  for   e   i s  t a ken  a s   - 20 0  t o   2 00  a n d  for  e i t   i s  - 10  t o   1 0.   T he   assi gne d  inp u t   m e m be rship  f u nct i on s  ar e  N e ga t i ve   B ig   ( N B ),  N e g a t i ve   S m a ll  (N S),  Zero  ( Z),   P o siti ve  S ma l l   (PS)  a n d   Po sit i v e   B ig   ( PB)  for  e   a nd  N e gat i ve   ( N ) ,   Zero  ( Z)  a nd  P o s i t i v e   ( P)   for e .  Th e   o u tp ut   m emb e rshi p  fu nc ti o n s  as  s how n  i n   F ig ur e  3  ar e  a l so  a   c om bina tio n  of  t ria n g ul a r   a n d   t r a p e z oi d a l   f u n c t i on s  with   t he  - 200 - 100 0 10 0 20 0 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 I n put   v ar iab l e   'e' D egree  o f   m e m be r s hi p NB NS P B PS Z -1 0 -5 0 5 10 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 I nput  v ar iable   ' de/ dt ' D egr ee  o f   m e m be rs hip NZ P 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       Inte ll ige n t   fuzz y  sl i d i n g m ode  con t r o ll e r  b a se d on  FPG A …  (Arun Pr asa d  K.  M)  48 1 un ive r se  o f  d i s c lo sure  a s   0.5   to   1 .8.  T h e   as s i gne d  ou tpu t   m em be rship  fu nct i on s  a r e  S m all  ( S ),   M ed i u m  ( M ) ,   Big  (B) .   T he fuzzy  r u l es for t hi s F I S  are sho w n T a ble 2.           F i gure  3.  F uzz y  ou t pu t   m e m b ershi p  fu n c t i o n   for ‘ k ’      Ta b l e   2.  F uz zy  r ules  e  e   PB  PS   Z   NS   NB   P  B  M   M  S  B  Z   B   M  S  M  B   N   B  S  M  M   B      3.3.    PI   c on troller   an d   fu zz y p i  con troller   The   c ontro l  l a w   of  a   o f a   P I  con tro lle r is gi v en  b y :     dt t e T t e K t u i p ) ( 1 ) ( ) (  ( 1 1 )     wh ere  u(t)  i s   t he   c o n tr ol   s i g nal( in p u t   t o   t h e   p la nt),  K p   i s  the   prop ort i on a l   g a i n   c o nsta nt,   e( t )  i s   t h e   err o r sig n al  i . e .   d i ffe r enc e  be t w een the  de s ire d  in p u t   an d a c t u al  ou t pu t  a n d  T i  is t he i nte g r a l time   c o nsta n t . The   cha r ac t e ris tic  r esp onse   o f   t he  s ys tem   i s   a f f ec ted   by   eac h   of  t h ese   c o e f f i c i e n t s   a n d   h e n c e  th e s e  a r e  a ccu ra t e l y   tu ne d  t o   g e t   t he  d es ire d   s ys tem   pe rform a n c e.  T he  c ontr o l l er  i s  t u n e d  ac cord in g  t o   t he   Z e i gle r-N icho l’s  a l go rith m.    C o n v e n t i ona l  PI   c ontro l l er  i s  st a b le,  eff i c i e n t,  e as y  to   i m p lem e n t   and   i s   h i ghl y  re li able   w h e n  u s ed  f o r  a  li n e a r   m od e l .  B u t  t h ese  c o nt roll ers  ca nn ot   p erfo rm  w e l l  u nd er  t h e   p rese n c e  of   n onl i n ea rit i e s,  p a r amet e r s  varia t i o ns  a nd  exter n al  d istur b a n ce s  d u e  to  i t s   f i x e d   n at ur e   of   t h e   c on tro ller   para me ters  K p  a n d   K i .  Usi n g  a  F u z z y  P I   c o n t rol l er  t he   K p  a n d  T i   a re   v lue s   a re   v ar i e d  i n te lli ge nt ly  acc ord i n g   t o  t h e   vari ati o n  of  e rror  signal  and  i t s  rate   o f  cha n ge.  T h e  in pu t s   t o  t h e  f u z z y  i n fe re nc e  s y s t e m  a r e  t h e  e r ro r  e   a nd  i t s  rate  o f  c h a nge e  a n d   the  o u tp ut  i s  K p  h e r e .  T h e  f u z z y  r u l e   b a s e   i s   f o r m e d  i n   s u c h  a  w a y   t h a t   t h e   c o n tro l ler  ca n  a d ap t  t o   c ha ng es  i n   the  system   p ar a m e t ers.   I np ut   a nd  o u t pu t  m e m b ershi p   f u n ct i o ns  a r e  s h o w n  in   F ig ure  4  (a )  and   (b)  an d  F i gure .   5  r e spec t i v e l y .  Trian g u l a r  an d  t r apez oida l   m e m b ership  f u n c t i o n s   a re   u se d   a n d  th e  un iv er se  o f  disclosu r e   i s  t a k e n   as  - 30 0  t o   300   f o r   e   a nd   - 30   t o  3 0   f or  e re sp ect i v e l y  a n d   t h e   c o rre s p ondi n g   f u z z y   rul e s  a r e  gi ve n   in  tab l e  3   wher e N B ,   NS,  Z, PS and  PB ha s   t h e  sam e expla n a tio n a s   bef o re.           F i gure   4.  ( a) Inpu t m e m b er ship  f u n c t i o n  e       F i gure   4.  (b)  Inpu t m e m b er shi p  fu n c t i o n e   0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 O u tp ut   v ar i a b l e  ' k ' D e g r ee o f   m e m be rs hip SM B - 300 -2 0 0 -1 0 0 0 10 0 20 0 30 0 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 In p u t   v a r i a b l e  ' e ' D e g r e e  o f  m e mb e r sh i p NB NS PB PS Z -3 0 -2 0 -1 0 0 10 20 30 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 Input   v ar iable 'de/ dt' D egr ee  o f   m e m be rs hip NB Z P B NS P S 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.  11,  N o.  1 , Ma r  202 0  :    477  –   48 6  48 2     F i gure  5. O u t p u t m e m b er shi p  func t i on  K p       Table  3. F uzzy Rul es f or  Fuzzy  P I    E  e   NB  NS   Z  P S   PB   NB   VS   S   M   M   V S   NS   VS   S   N   M   V S   Z  V S   S  N  S   V S   PS   VS   M   N   S   V S   PB   VS   M   M   S   V S       4.   HARDWARE IMPLE M E NTATION  O F   C ONT R OLLER FOR  B LD C  MOT O R USING FPGA   F i eld   Pr ogram ma ble  Ga t e   A rr ay  ( FPGA)  i s  a  sem i c o ndu c t o r   d e v ice   t h at  c on sis t s   o f   a n  a rra y  or  clu s ter  of  c o n f i g u r a b l e  l o g i c  bl oc ks  ( CLB s )  c o nnec t e d   t hr ou gh  p rogra m m a ble  i n ter c o n n ec ts.   F P G A s   a re  a n   i d e a l   choi c e   for  v a ri ou s  a ppl i c a t ion s   d u e   t o  th e i r  p r og ra mma b l e   n a t ure  of  t he   h a r dw ar e  co nfi gura t i o n.  T h e   ma jor  ap pl ica t io n  are a s  of  F PG A   te chn o l o g y   s uc h  a s   v ide o   a n d   s i g n a l   p r o ces si n g ,   t elec omm uni cati o n,  e m b e d d e d   a n d   el ect ri c a l   co nt rol   sy s t ems  [2 6 ] .  Th e  s i ze ,  sp e e d   a n d   t he  num ber  of  i n p u ts  a n d   o utp u t s   o f  a  mode rn F P G A   is m ore  effic i e n t t h an  t h a t   of  A S I C   l i k e  D S P   p ro ce s sor  or m icroproc ess o r.  X i l i n x   S yst e m   G e ner a tor  i s   a   D SP   d esi gn  to o l   d e v el o p ed   by  X i l i n x  for   the   imp l e m e n ta ti on  of  t h e   Ma tla b  /S i m ul ink  s y s t e m s.   T his  s o ftw a re  a ll o w s  the use  o f   t he   S i m ul i n k   de si gn  e n v i r o nme n t   for  F P G A   base d   syste m   d esi g n.  T he  X i lin x  S y s t em   G ene r ator  c on ta in s  X ili n x   s pe c i f ic  b loc k   s e t s  w i th   a dders,   r e gist e r s,  me mor i e s ,  m u lti pl iers,  FFTs  ,   fil t e r s  a n d   sim ilar   o t he r  app l ica t i on   t oo l s   t h a t  c a n  be   u sed  in   S imu l i n k  env i ro nm en t.  T he   d es i g n   ste p s  i n cl u d e  t h e   pl a cem en t  a n d  sy nt hes is  o f  these  bl oc ks  i n  the  X i l i n x   s y s tem  gene ra tor  and  S i m u li nk  env i r onm en t t o  ge n e r ate   progr am ming da t a   f i l e  f o r  F PG A .     4.1.    Har d war e  in   th e   l oop  simu l ati o n   F o r  the  t e sti n g   and  va li da tio n  o f   t he  F P G A   alg o ri thms,   H I L  sim u la tio n  i n   w hic h   t he   h ar dw are   is   inc l ude d  i n   t h e   s imula tio n  loo p   itse l f,   i s  c a r r ied  ou t.   F or  t h i s  t h e  co ntr o l  a l gor it h m   o f  FSMC   w h ic h  is   implem e n te d  u s ing  M a t l a b   / S i m u li nk  a n d  X i l i nx  S y s t em   G e n era t or ,   i s  tr ansl a t ed  t o  pr ogram min g   l a n g u a g e   suc h   a s  V e r y   h i g h  spe e d  H a r d w a re   d e s crip tio n  La ng ua ge (V HD L ) ,  an d  th is  p ro gra m   i s  em bed d ed  i n t o  t h e   F P G A   appl ica tio n  bo ard.   F or   c on d u ct i n g   the   H I L  simula tio n,  t h e   FPG A  b o ard  is  c on ne c t ed   t o  the  com p u t er  t h ro ugh   J -t ag   i nt erf a c e   and   HIL  si mu l a t i on   i s  sel e c t ed   i n  th e   s ys tem   ge ner a tor  to k e n  in  t he  S i m ul in k   env i ro nm en t.  T he   s im ula t io n  is  t he n  s t arted  a n d  t h e  resu lt s  are   o bs erve d .   I n  t h e   H I L  sim u lat i o n ,   the   com p u t a t i o n  o f   c on tro l le r  pa rt  ( System   g e n er at or  p ar t )   i s  c a rr i e d   o ut  b y   t h e  F P G A   boar d   a n d   r est   of  t he  si m u lat i on i s  ac c om plis he d  b y  the  c omp u t er .    4.2.    Har d war e  imp lemen t ation   The   b l oc k  d i ag r a m   for  the  H a rdw a re   i mplem e nta t io n  of  s pe ed  c o n t ro l  us in g  F P GA   o f  BL D C   m ot or   is  s h o w n   i n  F i gure . 6.  T he  B LD C  m o tor   is  s up p lied  thr o ugh  a  t h re e  pha se  pow e r   M O S F ET  inve rter  c ircu it.   The inp u t  to th e  inv e r t er  i s 24 V  D C  gener a t e d  from   2 3 0   V ,  50   H z   A C  s uppl y b y   u s i n g   a  trans for m e r ,  recti f ier   a n d  fil t er.  Th e  si gn al s  f r o m   t h e   h a l l   ef fec t   s en so rs  a re   u se d   f or  t he   m ea sur e m e nt   o f  spee d   a nd  fo r  the  elec tr on i c  c om m u tat i on.  The  F PG A board g ener ates the  firin g pu l se s c o rre s po nd i n g   t o  th e   c on t r o l  a c t io n . The  firi n g   p u l se s  are   app l ied  t o   a   d r i ve r  circ u i t ,   t he  f un c t i on  of  w h i c h  i s   t o  a m pl i f y  t h e  fir i ng   p u l ses  a n d  t o   g i v e   elec tr ical   i so l a tio n   be twe e n   t h e  FP GA  boa rd   a n d   t he  g a t e   o f   t he   M O S F E Ts.  The   dri v er  c i r cu it  use s   t he   T P L   25 0 o p t o -co u p l e r IC for the  e l e c t r i c a l  is o la t i on.      0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1 1. 1 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 O u t p u t   v ar i a b l e  ' K ' D e g r e e  o f  me mb e r sh i p VS M N S Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       I n t e l l i g en t f u zz y sli d i ng  m ode  con t r o ller  b a se d on  FPG A … ( A run Pr asa d  K.  M )   48 3     F i gur e   6.   B loc k   d ia gr a m   f or   t he  i m p lem e nta tio n  of  c o n t r o l l e r   u s in g F P GA      4 . 3 .     Im p l emen ta tio n   o f f u zzy   S MC o f  B L DC  mo to r  o n  FPGA  T h e   con t ro l  alg o r i t h m   o f  FSMC   i s  t r an sl a t ed   t o   VHDL   an d  i s   e mb e dde d  int o   t he  F P G A   app l ica t i o n   boa r d   a s  in  t h e   H I L   s imula tio n.  T he  X ili n x   V irte x  4  F P GA  chip  i s  us ed  f or   t he   i m p le me nta tio n  of   t he   c o n t r o ller .   T he   c o n tr ol   a l g or i t hm s  w i t h i n   t he   V i r t e x  4  bl oc k   ar e   d e si gn ed   w i t h   Xil i n x   sys t em  g en era t o r   b l o ck  se t s .   The   i n pu ts  t o  the  F P G A   a r e   t he   s ig na l s   c or r e spo n d i n g   t o  t he   v ota g e   ge ner a t e d  a c c or d i n g   t o  t h e   r o tor   pos i tio n  of  t he   m ot or   f r o m   t h e  H a ll  Ef fe ct  s ens o r s .   The   co ntr o l l e r   par t s  i s   i mp lem e nt ed   u s i n g   F P G A   a nd  t h e   o u tp ut of   FPG A is u sed   f o r   f i ring  th e  Po wer M O SFETs   w h i ch  in   tu r n   c o n t r o l  t h e   spee d   of  t he   m ot o r .       5.   RESU L T S  A ND DIS C U S S I ON  The  des i g n   o f   F S MC  f or   t he   s pee d   c ontr o l   of   B LD C   mo tor   is  c ar r i e d   o ut   a nd   i ts  e ffec t iv e n e s s  i s   e v al ua te d.   F P G A   based  F S M C   i s  im pl e m e n ted  us in g  V i r t ex  4   F P G A   b oar d   o f   X i l i nx  a nd  th e  ou tpu t   i s   c o mpa r ed  w i t h   th a t   o f  H I L  S i m u l a ti on  a nd  S i muli n k   s imu l at i on.   C o n t r o l   a l g o r i t h m   usi ng  F S M C ,   m odi f i ed   S M C ,   F u z z y   P I   an d  P I   c o n t r ol l e r  w i th  t un ed   v a l u e s  of   p a r a m et ers   f or   a  60  W BLD C   m ot or   w h o se par a m e t er s  a r e  gi ven  i n   T a b l e . 1 ,   is  s i m u l a t ed.   A   l o ad  t or que  o f  0. 1 6   N m   is   a ppl ie d  at   0 . 08  sec o nds  a fter   s tar t i n g.   F igur e .   7  s h ow s  the   s t ep  r e s po nse   o f   t he   s ys tem   usi ng  the s e   f o ur   c on tr o l l er s  f o r   a   r e fe r e nc e  s p ee d  of   300 0  r p m.   T he   t r an si ent   a s   w el l   as  s t e a d y   st ate   p e rfo rman c e   c o m p a ri so n   i s   g iv e n   i n  t a b l e 4.   I t  is  obse r ve d  t h a t   F S M C  h a s  the   low e st  r ise   t i m e ,   peak  ove r s h oot  a n d   s e ttl in g  ti m e   c om pa r e d  to  m o d i f i e d   S MC,   F u zzy   P I   and  P I   c on tr oller s .  The   pe ak o ve r s ho o t  i s com p le tel y   e l i m i na te d   w i t h  F S M C a nd  m o d i f ie d S M C .   M or e over   the  ste a d y  s t at e er r o r   is  t he  m inim u m   w it h  F S M C   c ompa r e d  t o   t he  o the r   s e l e c ted  c o ntr o l le rs.  The  m o t o r  e x h i bi ts  m ome n tar y   va r i a t i on  in   s p eed  w he n  su dd e n   l oa d  is  a p p l i ed   a n d   i s  r e du ce d  t o  mi nimum  with  F S M C  wh ile  fo r  o t h e rs  it  is   c o n s i d er ab le.     The  r i se   t ime   is  r educ ed  d ue   t o  the  fa st   act i on  of  s l i d i n g   mode   c o n tr ol le r .   T he  p eak  o v e r s ho ot  a n d   se ttl ing  tim e  a r e  r e duce d   b y  var y i ng  i t s  con t r o l l e r   g a i n   a ppr o p ri at el y  u s ing   a   fu zzy   i n f eren ce   s y s t e m.   Mor e over   the  s p eed  v ar i a tio n  w h i l e   l o a d i n g  i s   e l i m i na te d  an d  th is  s how s  th e  r o b u stne ss  o f   the  F S M C .   F i gu r e   8  s h ow s  the   c u r r e nt   w a v ef or m  in  t he   t hr e e   p hase s  o f   t he   m ot or .   I t   i s  ob s e r v ed   t h a t  th e  st a r t i ng  c u rre n t   i s  sl ig htl y   h i g her   w i t h   f uzz y   S M C   t ha n  t h a t   w i t h  ot her   c o n t r o ller s ,  bu t   this   h as   n e g l i g i bl e   effect   o n  th e   pe rform a nc e  a s   t he   s tar i n g   c u r r e nt  l a s ts   o n l y   for  fe w  m i llis ec o n d s  an d  t h e r e   is  o n l y  neg l igi b le  v ar ia t i o n   unde r   r unning  c ondition.  T he  r esults  c le arly  i ndicate  th at  t he  p erfor ma nce  is   g r e atl y   i m p ro ve d  when  F SM C   i s   u se d,  c o mpa r ed  t o  o t her   t h ree   co nt rol l ers  i n   t er ms  o f  rise  t im e,  over sh oot ,  set t l i n g   t i me ,  fl u c tu a tio n  in   s p e ed   w i t h  sud d e n   l o a d va r i at ion.  Th i s i m pr ovem e n t   i n   t h e   pe r f o r m anc e   c har a c t eri s tic s a r e  o b t a in ed d u e  t o   th e  int e l l i g e nt  va r i a t i on  of  t he   c ontr o l l er   g ai n   usi ng  a   fuz z y   i nfe r enc e   s yste m .         Ta b l e   4.   P e r f or ma nce  com p ar i s on  of   F uzzy  S M C   &   P I  P e r f o r man ce  Ch a r act er i s t i c s   F u z z y  S M C   S M C   F u z z y  P I   PI   R i s e  ti m e   ( m s )   8   1 5  2 0   2 5  P e a k   ove rshoot  ( %)   0   0   2 . 5   3   S e tt ling  ti m e   ( m s )   8  15   3 8   46   S t ea d y   s t a t e  e r r or  ( %)  0 . 0 2   0. 04   0 . 0 5   0. 06   S p ee d  v a ri a t ions  w he n  sudde nly  l o a d  is  a ppli e d  (%)   0. 25   3   4   5     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J   P o w   E l e c   &   D r i   S yst   V o l.   11,   N o.   1 ,   Mar   202 0  :    477  –  48 6  48 4   F i gu re  7 .   S tep  re sp ons e  wi th  FSM C   a n d   othe r c o ntro lle rs         F i gu re  8 .   Currentin t he  t hree  p h ases       F i g u re .   9  Ste p  R e s po nse   with  h ard w are,  H IL  s imulatio and   si mula ti on       F i gure  10 .   S p eed  vai ati on  while lo adin g       F i gur e   9  show s  the  c o mpa r is on  of  s t e p  r e spo n se  o f   the   F S MC   h a r d w a r e  s e t u p   w i t h  t h a t   o f  H I L   sim u la ti on   a n d   S imu l i n k  s i m u lat i on   a nd   F igur e . 1 0   i s  the   c o r r esp o n d in g  spee d  var i ati o n  w h i l e  l o adi n g.  C o mpa r is on   o f   the   r e s u l t s  o f   t r a nsi e nt  a nd   s t e ady   s t a t e   per f or m a n ce   i s  gi v e n  i n   t a b l e   5 .   F r om  t he  r es ults  i t  is   f o und  t h a t   t he   r ise  ti m e   a nd   s e t t l i n g  t i m e   a r e   s l i g h tly  i n c r eas ed   w i t h   HIL  si mu l a t i on   a nd   a ct u a l   hard wa r e   c o mpa r ed  t o  r e spec ti ve  v a l ue s  of  S i m ul ink  sim u l a t i on  w h e r ea s  pe a k   o ve r s ho ot,   stea dy  sta t e   er r o r   a n d  spe e d   va r i a t i on  w h ile   l o a di ng  ar e   com p ar e a b l e  i n   a ll   t he   t hr ee  case s .   T he   s l i g h t   incr e a se  i n  t h e  actua l  va lue s   f r o m   the  ha r d w a r e   s et up  is  d ue  t o  t h e  us e  of   f ixe d   p o i nt   v a r iab l e  in   F P G A  w h er e a s  S i mul i nk  s i m u la t i on  uses   fl o a t i ng  p oin t   v arib l e s.       Tab l e  5.   P er for m anc e   c om par i son  o f   h ar d w ar e   and  H I L  si mula t i o n   an d  si m u lat i on   Pa r a m e te rs  S i m ul a tion  HI L  si m u la tion  Ac tu a l   Hard w a r e   Ris e  ti m e ( m s )   8   1 4  1 6   Pe a k   ove r s hoot  (% )   0  0 0  Se t tling time ( m s)   8  14   1 6   Ste a d y   st a t e   e r r o r  ( % )   0. 02   0 . 0 3   0. 03   Mo m e nta r y   sp ee d va riati on  w h e n   s udde nly   l o ad  i s  a ppli e d  ( % )  0. 25   0 . 2 8   0. 33       6.   CONCLUSION  F S MC   f or   t he   s pee d   c o n t r o l   of  a   B LD C  motor   is  d esi g ned  a n d  i m pl e m ented   us i ng  F P G A.   T his   c o n t r o ller   i n te gr ates  t he  i n t e l lige n ce  o f   F uzz y   l og ic   w it h  t h e  S l i d i n g  M ode   t ec hn i q ue  a nd  t h e   c o n t r o l l e r   g ain   is a p p r o pr ia te l y  va r ied  to  g e t   t he  i mpr ove d p e r f or m a nc e.  The  p e rfo r ma n ce  i ndi c e s  o f   t h is  F SM C   f o r t h e   s p eed   c o n t r o l   o f   B L D C  m o tor   is  c ompa r e d  w ith  t ha t  of  m od i f ie d  S M C,   F u zz y   P I   a nd  P I   c ontr o ller   t o   e va lu a t e  t h e   im pr o v em ent   i n   t he  t r a nsie nt   a n d   s te ad y  s t ate  va lue s .   Th e  P I   c o ntr o lle r s   p er f o r m   w ell  un der   un dis t ur b e d   c o n d it i o n s   a n d   its  d es ig n  a n d   i m plem en ta ti o n   a r e   q u ite  s i m pl e   a n d   easy   but  t he   p er for m ance   b ec ome s   p o o r  un de r   dis t ur be d  co n d i t i on  l i k e   s u d de n  c h an ge s  in  r ef er e n c e   s pee d  a n d  sud d e n   c ha n g e   in  l oad.   T he  B LD C  0 0. 0 2 0. 0 4 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 0 50 0 10 0 0 15 0 0 20 0 0 25 0 0 30 0 0 sp eed ti m e     wi t h   F uz z y   S M C wi t h   S M C wi t h   F uz z y   P I wi t h   P I 0 0. 0 2 0. 0 4 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 -2 0 0 20 40 ti m e C u r r en t   i n  p h a s e  A 0 0. 0 2 0. 0 4 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 -2 0 0 20 40 ti m e C u r r e n t   i n  p h a s e  B 0 0. 0 2 0. 0 4 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 -4 0 -2 0 0 20 ti m e C u r r e n t   i n  p h a s e  C Cu r r e n t     w i t h   F u z zy  S M C wi t h   S M C w i t h   F u z zy  P I wi t h   P I 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       Inte ll ige n t   fuzz y  sl i d i n g m ode  con t r o ll e r  b a se d on  FPG A …  (Arun Pr asa d  K.  M)  48 5 motor  w i t h   P I  con t ro l l er  s ho w s   l a r ge  o v e rsho o t ,  hi gh  se tt li n g   t i m e   a n d   co mp ara t i v ely   l a rg e   sp eed   v ari a ti on  un der  loa d e d   c on d iti on.   T he   t rans ie n t   a s   w e ll  as  s t e a d y   sta t e   p erform ance  a re  i m p roved  w ith  F uzzy  P I  con t ro l l er  i n  whic h  t h e   co ntr o l l e r   p ara m eters  ar e  var i e d   u s i n g   a  Fu zz y  inf e re n ce  s y st e m .  A  fu rth e r  impro v e m e n t  i n   t he  p erf o rm a n ce   c h a ra cteris ti c s   a nd  s p ee d   varia t i o n  w i t h   s u dde n  loa d in g  i s   o b t ai ne d  us i n g   modi fie d  cha tt er  fr e e   S M C.  F S MC  o u t pe rform s  modifie d   S MC,   F u zz y  PI   a nd  P I   c on tro lle rs  i n   t e r ms  its  s te ad y  st a t e  an d   trans i en t  perfo r m a n ce  in dice s.   T he   p e a k   o versh o o t   i s  c o m p lete l y   e li m i nate d  a n d  t h e  rise  t i m e  an d  set t l i ng   ti m e   a re  i mpr ove d  w h en   u se d  for  the   spe e d  c o n t ro l  o f   B LD C  mo tor .  The   va ria t ion  in   s pe ed   o f  th e   mot o r  un der  loa d e d   c on d i t i on   i s  a l s o   r ed uc e d   w he n  F S MC  i s  a p p lie d.   T h e   r eal iz a t i o n  of  t he   c o n t r o l ler   is  car ri ed   o u t   us i n g F P G A   w i t h  hi g h   com p uta t i ona l   ab i l i t y a nd h i g h   s pee d .  T h e   pe rform a n c e of  t he  co n t rol l er w i t h   F P G A   is   tes t ed   w ith   H IL  s i m u l a t ion  a n d   t h e  act ua l  hardw a re  i m p l e me nt a t i on .  Th e  resul t s   o f  a c t u al  h a r d w are  se tup ,   H I L  S i mula t i o n   a n d   S im u lin k  sim u l a t i o n   o f  F S MC  f or  t he   s pee d   c o n t r o l   B L D C  m o t o r  a r e  e v a l u a t e d  t o   ide n tif y  the  co ntr o l l er  w i t h   b e st  p er form anc e .   H oweve r ,  th e  FS M C  al g o rit h m  bec o me s  m o re   c omple x   a n d   henc e s u i t a b le  f or a pp lic a tio n s  w here  ver y pre c ise spe e d c o nt r o l   i s  n e ces s a r y .      REFE RENCES    [1 ]  Li u ,   G ,   Cu i,  C .,  W a ng ,  K.,  Han ,   B .  Zhen g  S. ,   "Sen so rl e s s  co n t ro l  f o r  hi gh -s peed   b rus h les s   D C  mot o r  bas e d  on   t he  li ne-t o-li ne  b ack  E MF , "   IEEE  T r ans act i o n s  on Po wer Electr onics ,   v o l .   3 1 ,   n o.  7 ,  pp.   4 6 69-4 6 8 3 ,  2 0 16.    [2]  M u k h arjee,  A .  Ray  S ,   D as  A .,  "Devel op m e n t   o f  m i croco n t r o l le r  b a sed   sp eed  c on t r ol  s chem e  of   B LD C  m o tor  using   proteus  V S M  softw a re , "   In tern at io nal  Jou r nal  of E l ectr onics  a n d   El e c t r i c al  Eng i n eerin g ,  vo l .   2 ,  no .   1 ,     p p . 1-7 ,   20 14 .     [3]  G.  G .   Raja  S ekh a r,   B asav araja  Ban a kar.,   "S ol ar  P V  f e d  non -i s o l a ted  DC-D C  con v ert e r  f o r  BLD C   m ot or  d ri ve  w it h  sp eed  c on trol , "  In do nes i an  Jou r na l o f   El e c t r i c al   E n g i n e e r in g an d Com p u t er   S c ien c e ,   v o l .   13,   no.   1 ,   p p . 31 3 - 32 3,  Ja n u a ry 2 01 9.    [4]  G. G . Raja  S ek h a r  & Bas a v a raja Banakar a, " P e rf o r man ce  o f  br us h l e s s  DC  d r i v e   w i t h   sing le   c u rre nt  s e n so r  fe d  fro m   PV  w i t h   h i gh   v o l ta ge - g a i n  D C -DC  c o nv e r te r, "   In ter natio nal Jour na l o f  P o wer El ectro n i cs a n d  Drive S y st e m   (I J P E D S ) , v o l .   9 , no . 1 ,   p p . 3 3-4 5 , March  20 1 8 .    [5]     B os e,  B .  K . ,  "Pow er  e lect ron i cs  a nd   m o t i on  con t ro l  techn o l ogy  s t at u s   a n d   r ece n t   t end s , "   IEEE T r an sa c tio ns  on  I n d u s t r y  A p p l i c at i o ns ,   v o l .   29,   no.   5 ,  p p .  9 0 2 - 90 9,  199 3.  [6 ]  Ahme d,A.M ,   A li-Eld in ,  A. ,  Elks asy ,   M .  S.,  Aree d ,   F .  F. ,  "Br us h l e s s  m o to r  s p eed   c on trol  u sin g   b o t h   p i   c ontroller  and   f u zzy  P I con t ro ller, "   In ter nati ona l  J o ur na l of Co mp ut er  A pplica t i o n s , vo l .   10 9 , n o.  5,   pp .   29 -3 5 ,  201 5.    [7 ]  N. N.   Baharu din   & S . M .  Ay ob , " B rushless  DC   m o tor   speed con t r ol  u sin g  s in g l e  in put f uzzy   P I  c o ntro ll er, "   Int e rna t i o n a l  Jour na l of Po wer El ectr onics  a n d  Dri ve System  ( I JPEDS) ,   vo l.   9 ,   no .   4,   p p.   1 95 2-1 966 ,   Decem ber  201 8.   [8]  M.  A .   Ibrahim,  A .  Kh.  Mahm oo d,  N .  S .   S u lta n.,   " O pti m a l   P ID  c o nt ro ll er  o f   a  b r us hl e s s  D C   m o t or  u si ng   g enet ic  algorithm, "   In ter natio na l Jo urnal  of   Po wer Elect ron i cs  an d D r ive S y st em  ( I JPEDS ) ,   v o l.   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   8 2 2 - 830,   Ju ne  2 01 9 .  [9 ]  Marin o ,  R. ,  Per e sada,  S.,  Vali gi,  P . ,   "Ad a p tiv e  in pu t - o u tp u t  lin eari z in g  con t ro l  of   i nd ucti on  m o to rs, "   IEEE  Tran sac t io ns  on   Au to ma tic  Con t ro l ,   vo l. 3 8 , no .   2 ,   p p .  2 08 -2 21 ,   1993 .   [10 ]   M ehazz em ,  F . ,   Ream a,  A . ,   &   B en alla,   H.,   " S en so rless   n onlin ear  a dap t i v e  b a ck  s tep p in g  cont rol   o f   i nd uc t i on   mo to r , "   ICGST- ACS E  J o urna l ,   vol.   8 ,   n o .   3 ,  pp .  182 4-18 42 ,   2 009 .  [11 ]    P e ng bin g ,   Z.   &   Y ao yao,   S . ,   " A dap tiv e  sl id i n g   mode  c o n t r o l   o f   the  A-a x is  u sed  for  blis k  m a nu f a ctu r ing , "  Chin ese  J o urna l o f   Ae ro n a u t ic s , vo l . 2 7,   n o .   3 ,   pp . 7 08 -7 15 ,   2 0 1 4 .   [12 ]    Yo un g,   K .D .,   U tki n ,   V. I.,   Ozg uner,   U . ,   " A   c o n t r ol  e ng in ee r' s  guide  to  s li d i ng  mo de  c ont r ol ,"   IEEE Trans.  Control  Sys .  T ech . ,   vol.   7 ,   pp . 3 2 8 -34 2 ,   1999 .   [1 3]    Utk i n ,   V .I . ,   " Sli d in g  m o d e   c o n t r ol  d e s ig n  pr inc i ple s   a n d   ap plicat ion s   t o  el ectric  d r iv e s ,"  IEEE T r ansact i o n s  on   Ind u s t r i a l  El ectron i cs , v ol .  4 0 , n o. 1,   pp .   23 -26 ,  1 99 3 .   [1 4]  L ee,  H .  &  Ut k i n ,   V .I,  "C hatt ering  s u p p ress io n  methods  in  s li d i n g   m ode  c on trol   s y s tem, "  An nu al  Revi ew in  Co nt rol ,  v o l.   3 1 , p p.  17 9 - 1 8 8  , 20 0 7 .   [1 5]     Husain,  A.R. ,  A h mad,  M . N .  &  Yat i m,  A .  H.  M .,   " Chatt e ri n g - f r ee  S l i d in g  Mo d e   C o n t r ol   f or  a n   Act i ve  M ag net i c  Bearin g,"  Int e rnat ion a l  Jou r n a l of  M ech an ical,  A e ro spa ce,    In du strial,   M e cha t r oni c  an d   M a nufa c t u rin g   En gi neeri n g , vo l . 2 , n o.  3,   p p .3 85 -39 1 , 2 00 8.   [16 ]   M am dani ,  H. ,  "Ap p licat ion  of  fuzzy   a lg orit h m s f o r t h e  co nt ro l   o f  a  d y n amic  plant ,"   Proc e e ding s o f  IEE ,   1 974 ,   vo l.  121   n o .   1 2 ,  pp .   1 5 8 5 - 15 88 .  [1 7]  A kra m   H .   Ahme d ,   A bd   E l  Sa m i e   B .   K otb ,   A y m a n   M . A l i . ,   " Co mp a ris on  between  f uzzy   l ogi c  an d  PI  c on tro l   f o r   t he   speed  o f   B L DC   m o t or,"  In tern a t io nal Jo ur nal  o f  Po wer El ec tro n i c s  and   D r i ve S y stem   ( I JPEDS) ,   vol.   9 ,   no.   3 ,   pp .   1 116 -11 2 3 , S ept e m b er  2 01 8.   [18 ]   E m h e m ed ,  A .   A .  R.,  "F uzzy  C o n tro l   f o r   N onli n ear  B all   an d  B eam   S yst e m,"  In ter n a tio nal Jou r nal  o f  F u z z y L ogic  Sys t ems ,  v o l .   3   n o .   1 ,  pp .  2 5 - 3 1, 2 01 3.   [1 9]  P ra sa d  K.M . A,   N a i r,  U .,   “ Se n s orle ss  f uz z y   c on tro l   o f  a   D C   moto r ” ,  Nonli n ear  D y nam ic s ,   v o l .   73,   n o. 3,    p p .1 93 3-1 9 4 1 ,  2 01 4.  [20 ]   U d d i n ,  M.  N .,  R ad wan,   S .  &  Rahm an  M .  A.,  " P erf o rm an ces  o f   f u zzy  l og ic  b as ed  i nd irect  v ecto r   c ont rol   f o r  induct ion mo tor   dri v e,"  IEEE Tra n s.  on Ind u str y   Ap plicatio ns ,   vol.   3 8 ,   n o.  5 ,  p p .  1 2 19-1 2 2 5 ,   200 2.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J   P o w   E l e c   &   D r i   S yst   V o l.   11,   N o.   1 ,   Mar   202 0  :    477  –  48 6  48 6 [21 ]     Ku ng ,  Y .   S .,  &  Tsai,  M .   H .,  " F P G A-b a sed   speed   c on trol  I C  f o r   P M S M  d r i v e  w i t h  a d a p t i v e   f u z z y  c o n t r o l , " ,   I EEE   T r an sactio ns  on  Po wer E l ectro nics , vo l .   22 ,   no . 6 ,  p p .   2 4 7 6 -2 48 6 , 2 00 7.   [2 2]  C h o u ,   H .   H.,   K u n g ,   Y.   S .,   Q uynh,   N .   V.,   &  Cheng ,   S .,   " O p ti m i z e d  F P GA  desig n ,  v e rif i catio n  and   i m p l em entat i on   of   a   n euro-f uzzy  c ont r oll e r  for  PMSM  d ri ves,"  Mathemat ics and Computers in S i mul a t i on ,  vo l.  9 0,    n o .   1,  p p.   2 8 - 44 ,  20 13 .  [2 3]  H artley ,   E .,  J erez,  J .L.,  S u ardi ,  A.,  M acie j o w s k i,  J .M .,  K erri gan,   E . C .   an d  Co nstan tinid es,  G.A.,  " P red i ctive  con t ro l  u s i ng  an  F PGA  w i t h   a ppl ication  to   a i r craf t   cont rol, "  IEEE Tr ans.   on Cont rol  Sys t ems  Technology ,  v o l .   2 2,     n o . 3 ,   p p .   100 6-101 7,   2 01 4.    [2 4]  N agaraj,   R.   &   P a n ig rahi ,   B.   K .,   " S i m u latio n  and  hard ware   i mp le m e n t ati o n   o f   FPGA   bas e d  co nt r o ll er  f or  h y b ri d   po we r   sys t e m , "   In ter n a t i onal J o u r na l  o f  Elect ri cal   En ergy ,   vol.  3.  no.   2 ,   p p .   8 6-93 ,  2 0 1 5 .  [2 5]  K ali a p p an ,   E. ,   & Ch ell a mu th u ,  C. ,   "M od eli ng,  sim ul a t i on  an d  e xpe r i me n t a l   a na ly sis  o f   p e r ma n e nt m a g n e t  b r ushle s s   D C   m o t ors  f o r  s e ns orl e ss  o p erati o n , "  A r chi ves of   E l ect rica l En gi neering ,   vo l .   6 4 ,   n o .   4,  p p.   4 9 9 -515,   2 0 1 2 .   [26]  M arzotto,  R .,  Zoratti,   P . ,   B agni,   D.,  Col o mbari,  A . ,   &   M ur in o ,   V .,  "A  r eal-t im e   vers ati l e  road way   p a th   e xtract io n   an d  t r acki ng  on  an  f p g a  platfo rm,"  Co mp ute r  Vi sion  an d Imag e  Un de rsta nd in g ,  vo l .   1 14 ,  n o .   1 1 ,   p p .   116 4-1 1 7 9 ,  201 0.       BIOGRAPHI E S  OF  AUT HORS       Aru n   P rasad  K . M .   ( B . Tech’9 6-M . T ech’0 6)  r eceived   the  B.Tech  a nd   M . T ech  d eg rees  i n   El ec t r ical   E ng ineeri n g   f r om   U n i versi t y  of   C alicu t ,  Ind i a  in   1 99 6  and   U n i v ersi ty   o f  K e rala  i n   20 06  resp ectiv ely .   H e  is   w orking   a s   an  A ss is tan t   P rof e ss or  i n   M o d el   E n g i n eeri ng  College,  Ko chi,   I n d i a .  H e   i s  p r es ent l y  p u rs ui ng  P h .D.  i n   E l e c t rical   E ng i ne e r in g  De p a rtme n t   f ro m   Co c h in   Un iversit y  of   S c ien ce and   Tech no log y , Ko c hi, In d ia .            Dr. Ush a Na i r  is a g r adu a te an d   p os t  g r aduat e   i n  Electri cal E ng in eering .  S h e  has com p l e t ed  h er  Ph .D.  i n  20 0 9   fr om Co c hin   Un iv ersit y  o f  Science an d Techn o lo gy   and  presen tl y   work in g  as  P r of ess o r i n  the Dep a r t m ent of E lect rical En g i n eerin g i n  the  s a m e  U niv e rsi t y.  S he  i s  th e  p r e s id e n t o f  th e   p ro fe ssion a l  b od y In dia n  So c ie ty  o f  Sys t e m s  fo r Science  and  Eng i n eerin g  constituted by V i k ram   Sarabhai S pace Centre f or   t he   C ochin  chap t e r. H er areas of interes t  are  No nli n ear D yn am ical  A nal y s i s , Co n tro l   S yst e m   Des i g n , Tim e   S e r i e s A n a l ysis and  Renew able  Ener gy.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.