In terna t io n a l  J o u rn a l  o f  Pow e r El ectro n ics  a nd Dri v e  Sy s t em  ( IJ PE D S )  V o l.   11,   N o.   1 ,  M a r c h  20 20,   pp.   86~ 9 6   I S S N :   2088- 86 94,   D O I :  10. 11 591 /i j p ed s. v1 1 . i1. pp8 6- 9 6    8 6      Jou rn al h o me pa g e :  htt p : / /ij p e ds. i ae sco r e. com   S e nsorless DTC of IPMSM  for embedded system s       Tah a r Ter ra s,  K ad a Hart ani   Dep a rtm e n t  o f El ectri c a l   E n g i neeri n g ,  El ectro techn i q cal E ng in ee ring   L ab orat ory,  Un i v e rsi t y   o f  S ai da,   A l g e ria       Ar ticle  Info    AB S T RA CT A r t i c l e hi sto r y:  R e cei v e d   A p r  1 9 ,  2 019  R e v i sed   J u l   8 , 2 019  Acc e p t e d  No v   1 4 ,   2 019      Th e   ma in   o bje c tive   o f   t he   p re sent  w o r k   is  t o   de sc ribe   t he   s e n so rl ess   co nt ro l  of   i n t erio r  perm an ent  m a gn et  s y n chro no us   m ot or  (IPM S M )   f or  e mb e ded   sys t e m s   i n   t raction   ap pl ication s   u s i n g   t h e   M od el  R ef ere n ce  A d ap tive  Sys t e m   (M RA S )   m eth od f o r s p eed  estim a t i on.  T he al g o r ithm  of   this   m eth o d   has   been   a d apt e d  w i t h   t he  m at hem a ti ca l  m o del   o f   t he  m o t o r ized   w h eels  ele ctri c  v e h i c l e .  T h e  c o m m a n d  u s e d   i s   t h e  D T C .   S e n s o r l e s s  D T C  o f   I P M S  i n -w heel  mo to r  b a sed   o n   M RAS   f o r  e l ect ri c  vehi cle  is   s imu l at ed  b y   M a tla b / S im uli nk.   The  s i m u lation   resu lts  s ho w   t h e  ef f ecti v en ess  of   t his   pro p o s e d   sensorl e ss  DTC  co n t rol  us e d   f o r   e m b ed ded  sy ste m   a p p licatio ns .   Key w o rds:   Di rec t  t o r qu e co nt rol  Elec tric ve h ic l e   Em bede d  sys t e m s  I P MSM  M R A S   obse r v e r   T h is  is an  op en  a ccess  ar ti cle u n d e r t h e  CC  B Y -S A  li cense.    C o rres pon d i n g  A u th or:   Ta har  Terr as,  D e par t m e nt  o f   Elec t r i c a l   E ng i n ee r i ng,   El e c t r ot e c hni qc al   E ng i n ee ring   L a b o r a t o r y ,   Uni v er sity o f S a ida,  BP 13 8   E n-nasr  2 0 0 00 S a ida,  Algeria .   Em ail :   t _ t a h ar 20 0 0 @ y a hoo. f r       1.   INTRODUCTI O N  Emb e dd e d   n e t wo rk s  h a v e   b e c o m e  in c r e a s i ngl y  i m po r t a n t .   T hi s  c h an ge   i s   no t  str a n g e   t o  t h a t   o f  pow e r   e le c t r o nic s ,   qu ite  t he   o p p o site.   Th e  r e li a b il it y  a nd  r o b u s t ne s s   o f f er ed  b y  s t a t ic   c o nver t e r s  w h en  co mb in ed  wi t h  e l e ct ri cal  ma c h i n e s h a v e  n atu r all y  l e d  to   t h e i r m assi ve use.  N o w a da ys,   i n t e r i or   p e r m a ne nt  m ag ne t  sy n c hr o nous  m o t o r s  ( I P M S M )   a r e  expec t e d   t o  be  a pp lie d  to   pr opu ls io n  sy s t em s  of  e lec t r i c   ve hic l es  f o r   t he i r   h ig h  p o w e r   an d  t o r q ue  d e n si t y ,   hi gh  e f f i c i e n c y ,   lar g e  c o n s ta nt  p ow er   oper a t i on  r e g i on,   r obus t  me chan ica l   c ons tr u c t i o n   a nd   c o s t - e f fe ct iv en es s.  H o w ev e r ,  t h ei r   l a rg e   tor que   r i p ple  i s   a n  o b sta c le  i n  pr act ica l   a p p l i ca t i o n s  o f   P MS Ms   t o  ve hic l e   pr op u l s i on.   A cc or d i n g   to  t he   l itt era t u r e  rev i ew,  [1 ,  2 ]   g a v e  mo re   a t t e n tio n   t o   r edu c e   t h e  to r q u e  r i p p l e   i n  P M S  m o t o r s   f o r   E V     t r ac ti on   a pp li ca t i on s.    F o r   e m be dde d   ap pl ica t io ns,   syn c hr o n o u s   p e r m a nent- m ag ne t  m o t o r s   po w e r e d   b y   a   c o nver t er   h a v e  go o d   e ner g y  e f f i c i e n c y ,   pow er   d ens i t y ,   an d  h i gh  s p ec i f ic   t or q u e   w it h  the   ca pa bi lit y  to  e ns ur e   m a ximum   tor que   f r o m   zer o  spe e d  t o   b a s e  spee d   a n d  to  e xt e n d  i t s  o p er a t i o n  be yo n d   t he  b ase  sp e e d  w h i l e   ens u r i ng   h i g h   tor que   a t   l o w   r i p p le s  t h a nks  t o  i t s  co n t r o l.   T hese   m ot or s  a r e  a lso  kn ow n  f o r   the i r   low   w e ig h t   a n d   v ol u m e .   O n  the  o t her   ha n d ,   s ome   disad v a nta g e s   e xi st  s uc h  as  t he   h i gh  c o st  o f   m agne t s   a nd  the   dem a gne tiz at ion  of   pe rm anen t m a g n e t s a t  h ig h te mpe r atur e .   T he  d ir e c t  tor que  c on tr o l fo r  EV-tract io n   mean s th e  t o r q u e   c on t r o l  of  a  tractio n   mot o r   [3 -8 ].  T hu s,  t h e   D TC  s trategy   fo r   IP M S M  d r iv e  is  t he   r i g ht   c an d i da te  f or   t he   hi g hperf orm a n c e   con t ro l  t o   m ee t  t h e   EV-tra ctio n  r e q u ire m ents.  T h e  m a j o r  a d v a n t a g e   o f  D T C  i s   t h e   f a s t  a n d   a ccur a te  t or q u e   r esponse  w i t h   l ow   t or q u e  r i p p l e   w h ic h  i s   u sed  i n  the   e m be dde d  s y ste m s  [9] .   D i r ec t   tor q ue   c o n t r o l   ( D TC )   a p p lie d  t o   a s y n c hr ono us  m ac hine s  a p pear ed   i n  the  1 9 8 0 s  [ 1 0] .   I t s  pr i n c i p l e  is  t o  se le ct   o ne  o f   t h e e i gh t  vol t a g e   v e c t o r s  g e ne rat e d   by  th e  di ffe rent   p o ssible   c o n f i g u r a t i o n s  o f  t h e  i nver t e r  s w itc he s   in  or d e r  t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c & D r i   S y st   I S S N :   2088- 86 94       Sen s or l e ss D T C  o f  IPMSM f o r em bedde d  system s (T ahar T e rras)   87 ma int a in  t he  s ta to r   f l u x   a n d   t he  e lec t r o m a gne tic   t orq u e   i n side   t w o   hy st ere s i s   bou nd ri es .   Pro p e r  ap pl i cat i o n   of  t h i s   p rin c i p l e   a l l o w s  d e c oupl in g   o f   t h e   c on t r o l   b et we en  t h e   f lu x  a n d   the   tor que   w i t ho u t   t he  n ee d   for  a   coor di na te  t ran s for m a tio n or  pu l se w i d t h  m od u l at ion   for g e ner a t ing  t h e c o n t r o l   pu l s e s  o f the   i nver t er  s w itc hes   [1 1].   The  D T C  has  a  s i m p l i f i e d   s tr uct u re,   rob u st  w it h  r e spe c t   t o  the  va ria tio ns  o f  t h e  pa ram e ter s   o f  t h e   ma chine  [1 2,  13].  I n  th i s  paper , w e have ch o se n an N P C  (N e utra l P o i n t   Cla m ped)  di st ri but e d - l ev el   t h r ee -l e v e l  i nv e r t e r,   w h ic h  is  a   v e r y  i n tere sti n g  con v e r ter  for  p o w er i ng  h i gh- p o w e r  m achines .   This  m a k e s   it  poss i ble  t o   i n c re ase  the   p o w e r  de l i ver e d  to  t he  l oad   an d  to   i m p ro ve  t he  s ha p e   o f  t h e   o u t pu t  vo l t age  so  t ha t  it  is  c loser   t o   t he  sinus o i d. T he g e n era l  i dea  of  m ul ti -l e v el  i nve rt ers  i s  to   gene r at e  a  si nu so id a l  vo l t a g e  o f se v e ra l   vo lt ag e   l e v e l s ,  ty pic a l l y  ob t a ine d   f r o m  D C   v ol t a ge  s our c e s.  T he  i nc r e a s e  i n   t he   n umbe r  of  l ev e l s  pro duces   a   w a v e     of  s t a irs  o n   t he  s y n t h es ize d   w a v efor m  w h ic h  ap proa ches  t he  s in u so ida l   w a v e  w ith  t he  m in im u m    of  h arm o n i c s  [14,  15].   K now le dge   o f  t h e   ro tor  p o sit i o n   o f   i n t erior  perm ane n t   ma gne t   sy nc hro n ous   m ac hine s  (IP M S M )  i n   most  v aria b l e  spee d  dri v e  sys t e m s  is  r e quire d.   I t  is  m easur ed  b y  a  shaft  p o sit i on  sens or  o r  a  reso lve r .   Cur r ent l y,  m a ny  a u th ors  ha ve  p ro p o se d  s e n s orle ss  c on t r ol  s trate gi e s   u s i ng  d i ffe ren t   c on t r ol  m e t hods  f or  est i ma t i n g  r oto r  spee d  and  p o si ti on.  [16-2 0 ].  I n   t hi s  pa per   MRA S   ( M ode l  r e fe renc e  ada p ti ve  s ys tem )   obs erve r  i s  pr oposed  a s  a  sensorless   c losed  lo op  a l g o ri thm   to   d e t e c t   s pee d   a n d   p osi tio n du e   t o  t he ir  d e s i g n   s i m pli c i t y  a n d  f e wer  c o mp u t a t i o n   re qui re me n t   com p are d  w it h   other  cl osed- l oo p  m ode l-ba se d m e tho d s [2 1,  22].   The r e  are   f o u r   s ec t i ons   i n  th i s   p a p er.   The   o r gan i z a t i on   i s  as  f oll o w s :   I n   s ec tio n  2,   a   m athem a tica l   mode l  of  t he   i nt e r ior  pe rm an ent  m a g n e t   s y n chr o n o u s  m o tor   (IP MS M )  i s   p rese n t e d .  I n   s ec tio n  3,   a   d etai le d  stud y  of   t he  p rinc i p le   o f  d i r ect  t or que   c o n t rol   (D TC)  f o r  IP M S M ,   w h i c h   f e d   b y  a  N P C  s t r u c t u r e  t h r e e - l e v e l   vo lta ge  i nver t e r ,  is  c a rried  o u t   b ase d   on  t h e   ana l ys is  o f  th e  S w i t c h i ng  ta ble,   i nc lu d i n g   f i v e  le ve l  h y s t ere s is  con t ro l l er  o f  to rque   a n d   t hr ee  leve l   h y s t ere s is  c on trol ler   of   f l u x.  I n  sec t i o n   4,  a n   al g o r ith m   for  t h e   sens orle ss   d r iv e   of   I PMSM   b a s ed   o n  MR AS   o b s e r v e r  i s   p re sent ed .  Si mu l a t i on  a n d   d i sc uss i on  o f   t he  S i m ulin k  w a ve form s a r e   presente d   in s ec t i o n  5.   I n   t he e nd,  t he re  i s  a co m p rehe nsi v e   conc lus i on.       2.   IPMSM   M A T H EMATICAL   M ODE L   The   m a t h em at ical  m o d e l   o f  I P MSM  in  t he   –   c oord i na te  s ys tem   ca n  be   w r i tte n  a s   f o l low s ;   El ectrical Eq u at io n s  (1 ) ,   Flu x  Equ a t i o n s  (2), Cu rren t s Equ a t i o ns   ( 3 )     cos sin f m s s s s s f m s s s s s dt di L i R v dt di L i R v  ( 1 )   sin cos f s s s f s s s i L i L  ( 2 )     A c cordi n g  t o   t he  p r e v i o u s  e q ua ti on s  a n d   ta ki n g   a s   va ria b l e s  o f   s t a t e  the   com pone n t s  o f   t he   s ta t o r   curr ents  ( ) , s s i i and the   spee d  of  r o t ati o n m ,  w e   o b t a i n  t h e  fo llow i n g   sys t em ,  Equat i o n   o f  e l e c tr om agne t i c  tor que  ( 4):     ) cos sin ( 2 3 1 cos 1 sin 2 s s f m m s s m s f s s s s s s m s f s s s s i i j p J f dt d v L L i L R dt di v L L i L R dt di  ( 3 )   ) ( 2 3 s s s s em i i p T   (4)       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I S S N :208 8- 8 6 9 4   I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st  V ol .   11,   N o.   1 ,  M a r   2020  :8 6  –  9 6   88 3.   PRINCIPLES  O F  DIRE C T   T ORQUE   CONT R O L  F i gur e   6  s how s  t h e  b l oc k   d i agr a m   of  d ir ec t  t o r q ue  c on tr o l   o f   a n   I P M S M   pow er e d   b y   a  t w o- le ve l  vo l t age   i n ver t e r .   The  estima t e d   v a l ue   o f   t h e  sta t or   f l ux  is   c om pa r e d  t o   i ts  d e s i r e d   v a l ue   a nd   t he   e st i m ated  va lue   of  t he   e l e c t r o ma g n e t i c   t or que  i s  c o mp a r ed  t o  the   c o n t r o l  to rqu e   g ene r at e d   b y   t h e  sp ee d   con t ro ll e r .  T h e   r e sulti n g   f lu x  a nd  tor q ue   e r r or s  ar e   use d   b y  t w o  h y ste r es is  c om pa r a t o r s   s h o w n   i n  F i gu r e   1   a n d   F ig ur e   2 .   T he  c o r r e spo n d i n g  ou t p u t   v a l ue s  as  w ell  as  t he   num ber   o f   t he   s tat o r   f l u x  po si tio n  sec t or   a r e   u sed  t o   s e l e c t   t he  a ppr opr ia te  v o lta g e   v e c t or  f r o m   F I G.   a   s elec tio n  ta ble   for   ge ne ra ti ng  t h e   pul ses   fo r c ont roll i n g   t h e  swit che s  o f   the  i nve rter . Th e  sta tor  -   a xis  fl ux  lin ka ges  a r e  an  i nte g r a l  o f   t he  s ta t o r   EM F :     dt i R V s s s s ). (  ( 5 )   dt i R v s s s s ). (  ( 6 )     M odul e   o f  fl ux i s :       2 2 ( s s s  ( 7 )   ) ( 2 3 s s s s em i i p T  ( 9 )     wh ere  s R   i s  st ator  r e s i s t a n c e  and   s s s s i i V V , , , ar e  vol ta ge   a nd  c u r r ent  , c o mpone n t s . IPM S M  st a t or  win d ing  curr ents  a re  m easured   b y   h all  current  s en s o rs,  an d   it s  v o l t a g e s   a r e  c a l c u l a t e d   b y  i n v e r t e r   s w itc h   s tat e .  Th e   act u al  s ta tor   flu x   a nd  t orq u e  ar e  ca l c ulat ed  b y   f lu x  a n d  torq ue  e s t imato r .  The  a c tu a l   s t ator flu x  an d  torq ue are  co m pared  with  th e  r ef e r ence  v alu e s   i n two sep a ra t e  hyst e res i s contro l l ers:     3. 1.   T h ree   l eve l   h y st e r e s is  c on t r ol l e r  of   f l u x  Th is  c a s e ,   f or   f lu x  c ontr o l,   t he   e rr or   i s  loca te d  in  t he   t hr ee   a s soc i a t e d   i n t er va ls  t ha t  ar e  f i xe d  b y   t he   co ns t r ain t s:     ) 3 ) 2 ) 1  ( 1 0 )     Thu s , t h e  l e v el   o f   t h e sui t a bl e   f l ux   i s  b o und e d  b e t ween   a nd  and  co n t r o lle d  by  a  tw o- l e ve l  h y s teres i s  co mp arato r , Fig u r e  1 . As  wel l   a s its ou t pu t s   a re:    1 0 1 flx flx flx C C C  ( 1 1 )           F i gur e 1 .   Thr e e  le vel  h y s t er e s is  c on tr ol l e r   of   f l u x   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       Se n s or less  D T C o f  I P MSM fo r e m bedde d system s  ( T ahar T e rras)   89 3. 2.   F i v e   le ve l   h y st e resis  c on t r olle r  of   t or qu e   The  elec tr oma gne t i c  tor que   i s  th e   mos t   i m por tan t   v a r iab l e  for   t he  e lec t r o ma gne tic  c o n s i de r a t i o n s .   The r ef or e,   h ig h  per f or m a nc e s   f or   t or q u e   co ntr o l  a r e  r e qu ir e d .   To  i mpr o ve   t h e   c ontr o l  o f   t he   t or q u e,   w e  a s soc i a t e  w ith  t he   e r r or   o f   the  tor que  f i v e   r e gio n s   d efi n e d   by  t h e  fo llow i n g  c ons tra i nts :     2 ma x 2 ma x 1 ma x 1 mi n 2 min 2 mi n T T T T T T T T T T  ( 1 2 )     The  tor q u e   c ontr o l   is   t he n  p e r f o r m e d   b y  a   h y s t er e s i s   c o m pa r a tor   w i t h   f i ve   l e v e l s  or   t w o   u ppe r   ba n d s ( 2 ma x 1 ma x , T T ) and  tw o  lo w e r   ban d s  ( 2 min 1 min , T T i l l u s t r a te d  b y   F i gur e  2.     3. 3.  I n v er ter switc h ing  table   D e pe n d in g o n   t he  o u t pu ts of   t h e h y s t e r esis  c on t r o ller s   a nd  t h e  se ct or  w her e   t he s tat o r   f l ux is loca t e d ,   the  v o lta ge  v e c t or s  de li ve r e d  at t he  o u t pu t  of  the  i nve r t er   a r e  c ho sen  t o   m a i n t a i n  the   f l ux  a nd  t h e  t o r q ue  i n s i d e   t h e   h y st er e s i s  b an d s .  T h e  F i g u r e   3  s h o w s   a n  i n v e rt e r  a r m .            F i gur e   2.   F i v e   leve l   h y ste r esis   C o n t r o lle r   of  t or q u e   F i gur e   3.   D iagr am   o f  an  a rm  o f   a  thr e e - phase   in ver t e r   w i t h  N P C  str u ct ur e .       The  3 sta t es p o ssi bl e   swi t c h i n g seq u e n ces  a re  sum marized  i n the   f ol l o wing Tab l e 1 .       Tab l e  1.   S w itc hi n g   s eq ue nces   o f  the   t h ree - le vel  NPC in ver t e r .          1  1  0  0    0  0  1  1  0  0  1  1  0        F r o m  t a b l e  2 ,   t h e   2 7  v o l t a g e  v e c t o r s   d e l i v e r e d  b y   t h e   t h r e e - l e v el  i nverter  a re  r ep res e nt ed   b y   a  he xa g on  a s   s h o w n  in  t he  F igur e   4.  In order t o ac h i eve  the   d i re ct c ontr o l o f  t he  s tat o r f l u x  an d   t he  e l e c t r o m a g n e tic  t or que  o f   t h e  ma chi n e   c o n t r o l l e d   b y  a  N P C  s t r u c t u r e  3 - l e v e l   v o l t a g e  i n v e r t e r ,  w e   h a v e   t o  de ve lo p  a  sw i t c h i n g  ta ble  o p t i m i z i n g   t he  pos si b i l i tie s  of   t he   i n v er te r   t o   d e l i v er   t he  n ece ssa r y  c o m m a nds   t o   inc r ea se  o r   dec r ea se  t he   f l u x  a n d  the  e l e c tr om agne t i c   t o r q u e  by  ch oos i n g   the  sta t or   v o l t a ge  v e c t or s  t o  b e   a p p lie d.       1 K T 2 K T 3 K T 4 K T ao v 2 E 2 E Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I S S N :208 8- 8 6 9 4   I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st  V ol .   11,   N o.   1 ,  M a r   2020  :8 6  –  9 6   90   F i g u r e   4 .   S pac e   v e c tor   he xag on  of   t hr e e - l ev e l   i n v er ter .       Tab l e  2.  S witc hi n g  tab le  f or  c lass ical  D TC      St a t or  f lux  sec t or   1  2  3  4  5  6  7  8  9  10   1 1   12  +1   +2                         +1                         0                         -1                         -2                         0  +2                         +1                         0                         -1                         -2                         -1   +2                         +1                         0                         -1                         -2                             4.   S E N S O R LE S S  C O N T R O L   S Y S TE M   B A S E D   O N   M R A S  O BS ER BV E R   T h e   n e e d   t o  int r od u c e  a  sp eed   s en so r  d e crease s   t h e   r el i a bil i t y   of   t he  s ys te m.   V a r ious   s o l u t io ns  h a v e  be en   p r o p o se d   i n   t he  c on tr o l   w ith ou t   spee d  se ns or ,   mod e l   a d a p t i ve  s y s t e m  ( M R A S )   e stim at or s,   a dap t iv e   r e fe renc e  mod e l  system s  a r e  the  mos t   a ttra c ti ve  a p p roac h e s  be ca use   of   t he ir   s im p l e  d e sign,   t heir   o p e r a t i ng   va li di t y   i n   w i d e   r a nges   sp e e d s  ( l ow   s pee d s,   h ig h  s p ee d s   a nd  t h e ir   a da p t ati on  f o r   bo th  t y p es  o f  m ach ine s :   sm oo t h   p o l es  a n d   s a l ie nt  p ole s ) .   T he  a lgor i t h m  of   t he   a da p t i v e  r e fer e nce   mode l  sys t em   i s  w e ll   k n o w n   i n  the  se n s or l e ss  c ont r o l  of  i nd uc tio n  m o tor s ,   an d  i t   h a s   b e e n   p r o ven  e f f e cti v e,  i t   is  b ase d   o n   t h e  p r i n c i p l e   in   w h i ch  the   tw o  ou t p u t s  o f   t he   t w o   m ode ls  a r e   c o m pa r e d:  a n  i n depe nde n t   mod e l  th e  r o to r  sp eed  (ref e ren c e  mo d e l)   AND an o t h e r mo d e l th at  d epen ds o n   it  (ad j u s table  mo d e l)  [ 1 ,  1 7 ,   18,   23,  24] .   Wi t h   P ar k’ s  t r a n sf or m a ti o n ,   the   e quat i on s  of  v o l tage s  and  f l uxe s ar e e xpressed  i n  the  d - q  re f er ence   by  :   d ds d d m q q qs q q m d di vR i L dt di vR i L dt       ( 13)     T 21 V 16 V 22 V 17 V 23 V 18 V 24 V 19 V 25 V 20 V 26 V 15 V 21 V 2 V 22 V 3 V 23 V 4 V 24 V 5 V 25 V 6 V 26 V 1 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 26 V 1 V 21 V 2 V 22 V 3 V 23 V 4 V 24 V 5 V 25 V 6 V 26 V 15 V 21 V 16 V 22 V 17 V 23 V 18 V 24 V 19 V 25 V 20 V 22 V 17 V 23 V 18 V 24 V 19 V 25 V 20 V 26 V 15 V 21 V 16 V 22 V 3 V 23 V 4 V 24 V 19 V 25 V 20 V 26 V 15 V 21 V 16 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 25 V 6 V 26 V 1 V 21 V 2 V 25 V 3 V 23 V 4 V 24 V 5 V 25 V 20 V 26 V 15 V 21 V 16 V 22 V 17 V 23 V 18 V 24 V 19 V 17 V 23 V 18 V 24 V 19 V 25 V 20 V 26 V 15 V 21 V 16 V 22 V 3 V 23 V 4 V 24 V 5 V 25 V 6 V 26 V 1 V 21 V 2 V 22 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 0 V 7 V 14 V 5 V 25 V 6 V 26 V 1 V 21 V 2 V 22 V 3 V 23 V 4 V 24 V 19 V 25 V 20 V 26 V 15 V 21 V 16 V 22 V 17 V 23 V 18 V 24 V Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c & D r i   S y st   I S S N :   2088- 86 94       Sen s or l e ss D T C  o f  IPMSM f o r em bedde d  system s (T ahar T e rras)   91 dd d f qq q Li Li    ( 14)    B y  subs t itu t i on   e quat i o n s  (13)  and  (14)  t he  c urrent  m ode l  i s   g i ve n b y :     1 1 mq ds dq d dd d qm q m f s qd q qq q q L di R ii v dt L L L di L R ii v dt L L L L      ( 15)    The   s y stem   m odel  ca n  b e   s i m p l i f ie d  us in g  eq u i va l e nt  s ta te  ' ' , q d i i var i a b les  a n d  c ontr o l     varia b l e s  ' ' , q d v v     q q d f d d i i L i i ' '  ,   q q d f s d d v v L R v v ' '   ( 16)      S o ,  equati o n  (15)  ca n  be  con v e r t e d  t o the   eq ua ti on s t ate  o f   t he  a dj us tab l e  mode l   o f  I P M S M   w i t h  spee d  ang l e  m ˆ  a s t h e a d ju st ab l e  p ara m e t er as f o llo w s:       '' ' ' '' ˆ 1 0 ˆˆ ˆˆ ˆ 1 0 mq s dd d d dd md s q qq q qq L R ii L v LL d LR dt v ii L LL                   ( 17)  Where  ' ' ˆ , ˆ q d i i   a r e  t h e  e s t i m a t e d  c u r r e n t s   i n  t h e  d - q  a x i s .   T h e  r e f e r e n c e  m o d e l  is  t hat  of  t he  m ac hine .  The  co n v er gen c e   of  t he   e stim ated  s pee d   ˆ m t o   t he  m easur ed  v a l ue  m   i s  car ried   out  b y  a  sui t a b le  a da p t a t i o n   me cha n ism ,   a nd  the  p o s i t i on  of  t he   r otor  i s   obta i ne d  b y   i nt e g ra t i ng  t h e  spee d.  I t  sho u l d   b e  n o t ed   t ha t   th e   crit ica l   p o i n t   i n  this  p roce ss   i s  t o   h ave   a n   a da pt a tio n  m e chan i sm   t ha t   e n s u r e s  the   s y s t e m   s ta bi li ty .  The  ada p t a tio n  me chan ism  i s   a   P I  g i v e n   b y   ( 1 8 ) ,   ( 7 ) ,   ( 6 ) .   O r   ) 0 ( m is  t he  i n itia l  v a lue  of  t he   e stim ated  r o t or   spee d,  c onstr u c t i o n  of t h e  MRA S  is show n in  F ig ure  5.    ) 0 ( ˆ ) ˆ ( ) ˆ ( ) ( ' ' m q d d q q q q d i p m i i L L i i L L s k k   ( 18)        F i gur e 5.  The  bl o c k  dia g r am  c ontr o l  base d  on  M R A S   A d j u s t a b le  M o d e l  Eq s   ( 1 6- 1 7 ) Ada p ta tionMe c a n i s m  E q   ( 18)  m ˆ d i q i ' d v ' q v d i ˆ q i ˆ R e f e r e nc e   M o de l   Eq ( 1 5) d v q v ' d i ' q i Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I S S N :208 8- 8 6 9 4   I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st  V ol .   11,   N o.   1 ,  M a r   2020  :8 6  –  9 6   92 5.   S I M U L A TI O N   R ES U L T S   In  t h i s  se c t i on,   s i m ula t io ns  r esu l t s   v ia  M a t la b/S i m u l i n k   w il l  s ho w  t h e  v a lid i t y   a n d   th e   fea s ib il i t y   of  the  S e ns or le ss   D TC  o f  I P MS M  usi n g  the  Mo de l  Re fe r e nc e  A d a p t i ve  S y st e m   ( MR A S )  m e thod  for   spe e d   e s tim ati on.   T he   s pec i f i ca t i o n s   o f  t h e   I P MS M  use d   i n  s i mula t i o n  are  g i v e n  in   Tab l e 3   [2 5].       T a b l e   3 .   The  speci f i c a t i on s  o f   t he  I P M S M   u sed  in  s i m ula t i on    S p ec if ica tion  Value   Ra t e d  po we r   ) ( kW P N   18   Ra t e d D C   v ol ta g e   dc U ( V )  210   P o le s p a irs  p   4  S t a t o r   R es i s t a n c e  ) ( s R   0. 03   I n du ct a n c e  o f   d   A x is ( ) mH   0. 2e -3  I n du ct a n c e  o f   q   A x is ( ) mH   0. 2e -3  P e r m a n e n t Ma gn e t   F l ux  o f   R otor  ) ( Wb f   0. 08           F i gur e  6.   T he   b l o c k   d ia gr am  D TC  m e t ho d  w i t h   M RA S   Obser v er       I n  t h i s   s i m u l a t i o n  s t u d y ,   w e  c o n s i d e r   t h a t  a l l  m o t o r   p a r a m e t e r s   a r e   k now n  a n d   c o n s ta nt. T he  sim u la ti on  r e s u lts  s how   t ha t  the  tor que   i ns t a nta n e o u s l y   r espo n d s  to  t he  l oa d  di s t ur ba nc e  a t   0 . 5 s  an d  f o ll ow s  it s  r e fe renc e.  F i g ur e7  ( c),   Fig u re  8   ( c)  a nd  t h e  es t i m a te d   s p ee d   i n   b oth  d i r e c t i ons   o f   r o t a t i o n   p er f ect l y   f oll o w s   the   r e f e r e nce   w i t h o u t   e xce e d i n g  a n d  w i t h ou t  an y  de f o r m ati o n   w i t h   a   ver y   l ow   obse r vat i o n   er r o r   F i gur e 7   ( a ,   b) .   F i gur e 8   ( a,   b ) ,   T he  o bser ve d  c u r r e nt   e r r or s  show   t he   g o o d   e st ima t i o n  o f   t hese  v ar i a bl e s .   F i gur e   7  ( d ) ,   F i g u r e   8  ( d) .   F i gur e  7 ( e )   sh o w s  t h a t   t he  t w o   c om p one n t s  o f   t he   f lu x  ar e   i n   qua dr at ur e  a n d   tha t   t he  sa t o r i c  f lu x   ve ct or   f o l l o w s   i t s   r efe r enc e .   The  r e spo n se  o f  the   f l ux  i n   t he   p ha se   p la ne  i s  pr a c t i c a l l y  circu lar  Figu re  7  (d ) .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c & D r i   S y st   I S S N :   2088- 86 94       Sen s or l e ss D T C  o f  IPMSM f o r em bedde d  system s (T ahar T e rras)   93     ( a )  A c tual, E sti m atd a n d   re fere nce   spee ds  (rad/se c)  Time ( s )       (b) Speed estim a tion er ror (r ad/sec)  Tim e   ( s)      (c ) A c tual,Est im atd  and r e fe renc e  Torq ues   Time ( s )       (d) Stator  c urr e nts e rror s   ( A)  Tim e   ( s)      (d)   S t a t or  F l u x  i n   p hase  p l a ne.       (e ) Zoom  of th e  esti m a te d  S t ator  f l u xes ( W b )   Tim e   ( s)      F i g u r e   7 .   S i mulat i on re su lts f or hi gh spee d     0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 -1 0 0 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0     me s es t re f 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 -2 -1 .5 -1 -0 .5 0 0. 5 1 1. 5 2 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 0 20 40 60 80 10 0 12 0 14 0     T em T es t T re f 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 -0 . 6 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4     e Is d e Is q -0 . 1 -0 .0 5 0 0. 0 5 0. 1 -0 .1 -0 . 0 5 0 0. 05 0. 1 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 -0 . 1 -0 .0 5 0 0. 0 5 0. 1     sa sb Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I S S N :208 8- 8 6 9 4   I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st  V ol .   11,   N o.   1 ,  M a r   2020  :8 6  –  9 6   94   Ti m e   ( s)     (a) Act u al,Estimatd   an d   r e f e ren c e  s p eed s ( r a d /sec)    Time  ( s)     (b ) Sp eed   estimation   er ro r (r ad /sec)      Ti m e   ( s)     ( c )  A c tual, E sti m atd  a nd  r e fer e nce   Tor q ue s      Time  ( s)    ( d )  S t ato r  cu rren t serro rs  ( A)      F i gur e  8.   S imulat i on  r e su lts  f or   l ow   s pe ed       6.   CONCLUSION  I n   t h i s  pa pe r ,   w e  have  u se d   the  MRA S   t e c hn i que  f or   s p e e d   o bser v a t i o n  in  t he   s ens o r l ess  D T C   c o n t r o l   o f   t he   I nter ior   per m ane n t  m a gne t  sync hr o n ous  m a c hi ne   ( I PMSM)   wh ose  m a chi n e   mode l  e x trac ts   ve loc i t y   i n f or ma ti o n   f r o m   m e a s ur ed  s t a t o r   vol ta ges  an d   c u r r e nt s .   Usi n g   th e   out put   o f  th e   a d j u st abl e   m o d e l  a nd  t h e  r e f e r e nce  mode l  t h e   r o tor   spee d  a n d  p o s i t i on  a r e  est i m a te d.   T he  c o n t r o l   o f   t he   t or q u e  a nd  fl u x   a r e   de sig n e d   by  i n tr o duc ing  t w o  mult ile ve l  com p ar a t or s  for   t h e   flu x   a n d   t he   t o r que  t o  im pr ove  t he  d e t ec t i on  o f   the  pos it io n  o f   t he f l u x  by  def i n i ng tw el ve sy m m e tr i c al  s e c t o r s   i n t h e   s p ac e of ev o l u ti o n   o f  t h e fl ux. Th u s, we  e s t a blis hed  a   t a ble  o f   c om mut a t i o n   w it h  m o r e   r ules  a n d   t he  v ol t a g e  ve c t or  i s  m o re   o ptim al.  The  sim u l a tio n   re su l t s   p re se n t ed   h av e  p r ov ed   t h e   v ali d it y   o f   t h e   s e n so rl e ss  DT C  co n t ro l   tec h n i q u e  wi th  M RAS  esti ma t o r .   R o b u s t ne ss  t es t s   a r e   done   t o  h i g h l i g ht  t he  h ig h  per f o r m a n ce   o f  th is pr o pose d  strate g y .       REFERE NC E S   [1]   S e k our,   M. h . ,   et al .,  " S e ns orl e ss  f u zzy   d irect   t orqu e  co nt rol  f o r  hi gh   p erf o rm ance   e lectri c  v e hi cle  w i t h   f ou r  i n - w h eel  m o t o r s, " Jo ur nal o f  Elect rica l  Engin eeri n g  an d T ech nol og y ,   vo l .  8 ,   n o . 3 , p p .  53 0 -5 43 , 20 1 3 .   [2]   S e k our,   M. ,  K.  H art a ni,   and   A .   M erah ,  "El ectric   veh i cle  lo ng it u d i nal   stabil ity  c on trol   b as ed  o n  a  n e w   m u ltim achi n e   n o n lin ear m od el p redi cti v e  direct  t o r que  c ont ro l , " Jour na l o f   Adva n ced T r an sp or tation   20 17 ,   20 17.  [3]   H a rtani ,   K .,   Y .  M i l o u d ,   a n d  A.   M il ou di,   "Im p rov e d  di rect   t orq u e   c o n t r ol  o f   perm anen t  m a g n et   s ynch r on ou s  el ectrical   v e h icle  m ot or  w it h  p r op ort i o n al-i n t egral   resi st ance  es timat or," Jo urn a l of   E l ectrica l Eng i n eerin g  an d   T ech nol og y ,   v ol.  5,   no.   3 ,   pp.   4 51-46 1,   2 01 0.  0 0. 5 1 1. 5 2 -8 0 -6 0 -4 0 -2 0 0 20 40 60 80     m es t re f 0 0. 5 1 1. 5 2 -2 -1 . 5 -1 -0 . 5 0 0. 5 1 1. 5 2 0 0. 5 1 1. 5 2 -1 5 0 -1 0 0 -5 0 0 50 10 0 15 0     T em T es t T re f 0 0. 5 1 1. 5 2 -1 . 5 -1 -0 . 5 0 0. 5     e Is d e Is q Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c & D r i   S y st   I S S N :   2088- 86 94       Sen s or l e ss D T C  o f  IPMSM f o r em bedde d  system s (T ahar T e rras)   95 [4]   Hart ani,   K .  an d  A .   D rao u ,  "A   n ew  m u l t i m achine  ro bu st   b ased   a nt i -s k i d   con t ro l  s y stem   f or  h ig h  p e rfo rm ance  elect ric v e hicl e," Jou r na l of El e c t r i c al En g i neeri n g  an d T ech nol ogy , vo l . 9 ,   No.   1,   p p . 21 4 -2 3 0 ,   20 14 .  [5]   Hart ani,   K . ,   A .   Me rah,  a nd  A .  Dr aou,  " St abilit y  enhancement   of   f o u r-in - wh ee l  m o to r-driv e n  elect ri c  v e hi cles  u s i n g   an el ectri c d i fferen t i a l s y stem," Jou r n a l of Po wer   E l ectr onics , vo l . 1 5, 5 , p p . 12 4 4 - 12 5 5 , 20 1 5 .   [6]   Yue,  Z .,   C .  W e n p ing ,  an d   J . Mo r ro w,  " Design   o f   an  inter ior  p e rm an ent   m a gnet   s y n c h r on ou s m o to r (P MS M) f or EV  tract ion," T r a n sacti o n s  o f  Chin a  E l ect rotechn i ca l S o ci e t y ,  v o l.   30,  n o.   14,   pp.   1 08 -115 ,   2 01 5.  [7]   Yang,  N.,   et a l . , " In terio r   p erm a nent   m ag net  sy nc h r on ous   m oto r   c o n tro l   f or  e lect ric  v e hi cle  us ing   loo k -u p  tabl e, "  i n   Pr oceedi n g s  of Th e 7t h   Inter nation a l Po wer   Electr onics  an d   M o tion  Con t r o l Con f er ence . IE E E ,  2 01 2.  [8]   Kim ,   K .-C.,  " A   n o v el  cal cul a tio n   m et hod   o n   th e  cu rr ent   inf o rm at ion  of   v ector  i nverter  f o r  interior  p ermanent  m a gn et  s yn chro no us  m o t or  f or  e lect ric  veh i cle, " IEEE T r a n s a c ti on s  on  Ma gn e t i c s ,   vol.   50 ,   N o .   2 ,   pp.   8 29 -832 ,  20 14 .   [9]   Li n ,   W .,  et  a l .,  " Com p arat iv e  stu d y   on   d i r ect   t orqu e  cont rol   of   i nteri o r  p e rm an ent   m a g n et   s y n chro no us   m oto r   f o r   elect ric v e hicl e," IFAC- P apersO n L i n e ,   vo l. 48 , No .  1 1,  pp .  65 - 71 ,   2 0 1 5 .   [10]   Tak a hash i,   I .   a n d  T.   N og uch i ,  "A  n ew   q ui ck-resp on se  a nd   h ig h-ef fici ency   c o n t r ol   s trat egy   o f   a n   ind u ction  mo to r , " IEEE  Transact ion s  on In dustry app lications , 19 8 6 , no .   5 , p p .  8 20 -8 27 .  [11]   Ta ka h a shi,   I .   a n d   T.   N og uc hi ,   " T a k e   a   loo k   ba c k   u po n  the   pa st  d ecade  o f   d irect   t o r q u e  co ntrol  [of   ind u ctio n   mo to r s ] , "   in   Pr o ceed in gs o f  t h e IECO N'9 7  2 3 r d   Int e rn atio na l  Con f eren ce on  Ind u s t r i a l Elect ro n i c s , Con t r o l ,  an d   Ins t r u men t ati on  ( C a t . No.  97 CH36 06 6) ,  IEEE ,  199 7.   [12]   Yuh e nd ri,   M. ,  A.   A hy a n ua rd i,  a n d   A .   As wardi ,   " Di rec t   t orque  con trol   s t r a t eg y  o f   P MS M  em p l o y i ng  ult r a  sp ar se   matr i x  con v e rt er," Inter n a t i ona l Jour na l  o f  Power  El ectr o n i cs and   D r ive  S y st ems ,   v o l . 9 , n o.  1 , p p.  6 4 ,   2 0 1 8 .   [13]   Chi kh,   K . ,   et  a l . ,   "A  c o n stant   sw it chi ng  f r equen c y  D T C  fo r  P M SM   u si n g   l o w   switc h i ng  l o ss es  S V M -an   exp e rim e nt al  r e s ult,"  Int e rn a t i o n a l  Jou r na l of Power  El ectro n i cs a n d  Dri ve S y s t em s  ( I JPE D S) ,   v o l .   8 ,  No .  2 ,     p p . 55 8 , 2 01 7.   [14]   Rod r igu ez,  J .,  J .-S .   L ai,  an d  F . Z.  P en g,  " M u l t ilev e l  i nvert ers :   a   s u r vey   of   t op ologi es,   co nt ro l s ,   a n d  ap pl ication s , "   IEEE Transac t i ons  on  indus t r i al electronics ,   vol.   49 ,   n o.  4 ,  p p .  724-73 8,   200 2.   [15]   Serpa, L.A., "Cu rrent c ontrol stra t egi e s  f o r   mu ltil evel  gri d co nn ected  in v erters ," ETH Zu ri ch ,  20 07.   [16]   An anth a,  S .,  et  a l .," Speed  c ontrol  o f   IP MSM   m otor  w i t hou t   r o t or  p osition   sensors  b a sed  o n   M RAS   ob serv er  w it h  sp ace  v ector  m od ulatio n,"  in  2 016  IEEE In ter n a t io na l  Conferen ce o n  Recen t  T r en d s  in   E l ectr onics, Info rmati on   &   Com m un icati on T echno lo gy ( R TEICT) ,  IE EE ,  2016 .   [17]   Sh i,  Y .,  et  a l . , " A   f uzzy  l ogic  b a s e d  param e ter  aut o -t unin g   m e t h od  i n   M RAS   for   s ensorless  interior  p erm a nent  m a gn et  s yn chronou s  m o t o r  d r ives  w ith   c yclic  f lu ctuat i n g   l o a d , "  in   20 13  Int e rnat ion a l   Co n f e r e n ce on   E l ectrica l  M a c hin e s and   Sy s t em s  ( I CEM S ) , IE E E , 20 1 3 .   [18]   Xi ,  X .,  et al . , " A   s e n sorle s s  c o ntr o l  b a se d  on   M RAS  me th od   i n  in te rior  p e r m a n ent - m a g n et   m ach ine  d r ive, "   in   20 0 5   Int e rna t i o n a l  Co n f er e n ce on  Po wer Elect ro n i cs  and  Drives S y st e m s ,   IE EE, 2 00 5 .   [19]   Lazi ,  J . M.,   et a l . ,   " S p e e d   a nd  p o s i ti on   e stim ato r   o f   fo r  sens orl e ss  P M SM   d riv e s  u sing   a d a ptiv e   con t ro ller, " In tern at io nal Jo urn a l of P o wer   Elect r o ni cs a n d   Drive  S y stem s  ( I JPEDS) ,  v o l .   1 0,  1 ,  p p .   12 8,  2 01 9.  [20]   Azazi ,  H . Z.,  M .   M et wa l l y,  a n d   Z .  El-Barb ary,  " A  Cost  e ff ec t i ve  sens orl e ss  v ector  c o n trol  o f  4-switch   3-ph ase  in verter F ed IM   u s i n g   M R AS," I n te r n at io na l J o ur na l o f   P o w e r   El e c tr o n i c s a n d  D r i v e  Sy s t e m s  (I J P E D S ) ,  vo l.  1 ,  No .  2 ,   p p.  1 13 , 2 01 1 .   [21]   Bellini,  A .  and  S.   B if aret t i ,  "Sen si t i v ity  t o  para meters'   var i a ti o n s  in  s ensorless  induc tion  moto r  drives  u sing  a   redu ced o rder M RAS   o b s e rver," I n t e rn ati o n a l  Revi ew  O f  El ectri ca l  En gi neering ,  vol .  2 ,   N o .   2 ,  p p . 2 42 - 2 4 9 ,   2 00 7.  [22]   Brand š tetter,   P .   an d  M .   D ob rovský ,   "S peed  e s timatio n  of   i nd ucti o n   m o t or  u sin g   m o d el  r ef eren ce   a d a pt iv e  s y s t e m   with Ka l man  filt er, "  2013.  [23]   Zh ao,   Y.,   W .   Q i a o,   a nd  L.   W u ,   " Im prov ed  r ot o r   p os iti o n   an d  s p ee d   est i m a to rs  f or  s ens o rless  con t rol   of   i nteri o r  perm anen t-m a g n et  s yn chro nou s  m ach ines ," IEEE Jou r n a l  of  Emer gi ng  and  Sel ected  T opi cs i n  P o wer  Elect ro n i cs ,    v o l.   2 ,   No . 3 ,   p p . 6 27 -63 9 , 2 01 4 .   [24]   Xu ,   Y.  and  Y .   Zh on g. , " S p ee d   s e nso r les s  direct   t oqu e con t ro l of   interi or p erman e nt m agn e t s y n c hronou s  moto r dri v e   bas e d  on   s p ace   v ecto r   m odulatio n, "  in  20 10  Inter n a t i onal Conf erence o n  E l e c tr ical a nd Co n t rol  En gi neer in g ,  IEEE,  2010.   [25]   Hart an i,   K .,  et  a l .,  " E lect roni c  diff e r en ti a l   w ith   d i r ect  t o r qu e   f u zzy  c on tro l   f o r  v e hicl e  pro pul si on  sys t em, " Tu rk ish   Jou r n a l  o f  El ectri cal  En g i neeri n g   &  Com puter   S c i e nces ,   vo l.   17,  No .   1 ,   p p .   2 1-3 8 ,  200 9.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.