Intern ati o n a l  Jo u r n a l  of  P o we r El ec tr on i c an d D r i v e   S y stem   (I JPE D S)   V o l.  11 , N o . 2, Jun e   20 20 , pp . 87 0 ~ 87 I SSN 208 8-8 6 9 4 , D O I:  10. 115 91 /i jp e d s.v 1 1 .i2 . p p87 0-8 78          8 70     Jo urn a l  h o me pa ge : h t t p :/ /ijpe d s. i a e s c o re. c o m   Desi gn  and implemen t of p u lse wi dth modulati on with low - cost  hardware in the loop       Qa si m A l  Az ze,  Mo ha m m ed Has a A l i   Departm e nt o f  E l ec tric al  Po wer a n Mach in es,  Co ll a g e  of E n g i ne eri n g ,  Uni v e r si ty  of Diy a la , Ira     A r ticle In fo    A B S T RAC T   A r tic le  h i st o r y:  Rec e i v ed  Se p 2 8 , 2 019  Re vise d N o v  9 ,  20 19   Acc e pt e d  Dec 15 , 20 19       T h e   pa pe r p r e s e n t s  a  lo w-c o st  ha rd wa re  in   the   lo op  b a se o n  Ardu in o.  Si nu so id a l  Pu lse  Wi dt h Mo du la ti on (S PWM) d e si gn in g ,  a n a l y z in g, a n d   imp l e m ent a tion  is exp e rim e nted  as  hard war e   in   th lo op . Sinu so id al P u ls e   Width M o d u l a ti on  impl emen tatio n v i a M A TLA B \S imu l a t io n d e mo ns trates   in  th is  wo rk .  In  this  p a pe r,  A r duino  M e ga 25 60  pla t form mic r oco n tro l l e r,   in tro d u ce as   h a rdware.   co m p arative study  of th e bo th  te c h n i q u es   is   pres ented .  Ard u in o in terfa ces with   P C  Targ e t  MA TLAB env i ron m ent.   Thr e e   ph ases  Voltag So urce In ve rter  d i re cts  by  th g e nera te d  pu ls e s  th at lo ads   wit h  t h re e ph a s e s  RL C. Th e o b ta in in g   ou tp ut c u rre nt   a nd v o l t a g e  wa v e fo rm   of  R L C   lo ad o f   Har d war e - i n- th e - Loo p  v a l i d a tes  t o  th M A TL A B \s imu l a t i o n   ou tp ut  w a v e for m . The  comp eri n g   s h o ws the ou tp ut w a v e forms  are pr imarily   hav i n g   th e s a m e  pat t ern .   A r du in o   co ns id er  as th e   los t  cos t  as  mic r oco n troller   whi c h c o u l d be   use d  i n  re al   a p p l i c ati o n .   Ke yw ords:   Ardui n o   Har d w a re -i n-t h e-L o op   MATLAB   Si mula t i o n  M o de li ng   o f   SPWM   SP W M   V o lt ag e So ur c e   In v e r t e r     Th is  is a n  o p en   acces s a r ticle   un d e r the   C C  B Y -SA  licens e   Corres p o n din g  A u t h or:   Mo ha mme d  H a sa n Al i ,     D e p a r t e m en t of   Ele c t ri ca l pow er and   M a c h in Eng i n e e r ing,   Col l a ge  of  En g i ne eri n g, U n i v ersi t y  of Di ya l a , Ba q u b ah Di yal a , Ira q Email:  moh8 0a mmed@ gm ail . c o     1.   IN TR O DUCTION    P u l s e  Widt h Mo d u l a t i on (P WM) is  t ech ni que  tha t  al l o w s   c o mpl i cat ed  cont rol  of   p o w e r   e l e c t r oni c   con v e r te r t o  a p ply.  P W M ca n   be  a ccom p l i sh  v i virtua l ,   MA TLAB ,   a n d  Ha rdwa re  i n  l o o p MA TLAB \ S i mul i n k   si mula t i on a nd H a rd wa re - in-t he -L oo HIL a r t e c hniq u e s   me t h o d s o f   desi g n  an d   i m pl eme n t  mo del e d s y st e m .  These t e c h n i que s a r use d  t o  impl eme n t  and t e st   a n y  mo de li ng -c ont rol l e d   syste m .   Ho we ve r, ac c o mpl i s hme n of H I is sl i ghtl y   di ff ere n t  f r o m   M A TL AB \S i m ul i nk  simul a t i o n .  H I L   is   use d   a   pa rt  of t h e c ont rol  syst e m  lo op  in  re a l  hard wa re , w h e r ea s s o me   p a rts are   sim u l a t e d. Ge ne ral l y ,  wi th   HIL ,  c o nt roll e d  pl ant  o r  p r o c e s s i s  si mul a t e beca use  o f   doi ng  e xpe ri me nt  wi t h   act ua l  pl ant   i s  c o st l y   [1].  Th us, the  pr ob l e m,  t e st i ng  a nd val i dat i n g d e si gni ng  ci rc ui t  in re al   t i me i s  very cr uci a l   a nd  e x pensi v e .  The   gol i n  t h i s  p r oj ect , si n u soi d al  p u lse wi t h   mo dul at io n d e si gn  i s   e xpe ri ment ed  wi th  HIL  usin g l o w   c o st   (A rdui n o )   hard wa re  [2].  T h e   c o st  of Ar dui n o  c a fi n d   i n   [3] .   C o n v ert i n g el e c t ri cal  po we form  DC/ A C  i s  ra pi dl y c u m u l a t i ve as  rus t le  of  a dva nc e s  o f  p o w e r   swi t c h   se mic o nduc to rs  [4],  i n c r ea si ng   usin rene wa ble  e n e r g y , c ont rol  el e c t r i c  mac h i n es a l s o  t r a n sferrin g   el ec tric al  pow er  bet w ee t w dif f ere n t   f r e que nc s y st em [ 5 ]-[6] .   Po w e r el ect roni c  c o n v e r t e r i s  c ont rol l ed  vi a ma ny  met h o d s;  he nce ,  P u l s Wi dt h  M o d u la ti on  P W M  is e x t e nsi v e l a p p l i e d.   P W i s  cre a t e d  th rou g h   pro g ra mi ng  a  mi cro c ont rol l e r li ke A r d u in pl at fo rm  w h i c h i s  c onsi d e r e d  a s  low - co st  h a rd wa re   mic r oc o n t r ol l e r [7] - [8 ]. P u l s e Widt Mod u l a t i on  (P WM ) i s  t e c h niq u e  tha t  ge nera te s a t r ai o f   p u l s in wave form   of  hi gh a n d l o w ,  w h i c h  tu r n   on a n off soli d st at e  swi t ch i n g.  P W M   c o ntr o ls t h e   pul sa t i ng   wave form   dut ra t i b y  a n ot he r i n p u t   c ont rol  wa vefo rm  [5]. P W M t e ch niq u e s  a r e   c o n s i d e r ed  m o st   com p at i b le  modul a t i o n   met h o d s [9]-[ 1 0]  fo r   re d u c t i o n   i n  h a rmoni c  of   i n v e rt ers in  c ont rast ing  wit h  mu l t i p l e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P o w   Elec &  Dri Sy st   I SSN : 2 0 8 8 -8 69     D e si gn  a n d   i m pl eme n t of  p u ls e   w i dt m o d u l a t i on w i t h   l o w - cost  har dw a r e  i n   t h e l oop  ( Q a s i m   Al  Az ze )   8 71  a n d  si n g le  p u l s e widt h m o dul at ions  [1 1 ]   HIL we re  fi rst l y   re al i zed  b y   [1 ] for  real  t i m fli ght  si mula ti o n where   th e  in st ru m e n t s si mu la tio n   with   fi x e d   c o ck pi t w a s th e pu rpo s es [12 ] .  Typ i ca l H I L c o n s ists o f  M i cro c ontr o ll er   b o a rd , Ardu ino   or   D S P  cards,  a   h o s t  PC ,  an d sp ec ia l in t e r f a c e   cab le  [13]. H a r d w a re - i n- th e -  l oop show s e a s y   wa y   of  t e st i n and  see   ho w  t h e a c t u al  s y ste m   is  pe rf or mi n g  i n   ha rd w a r e .  It  e n a b l e s  vi rt ual  s y ste m   mo de l t o   ope rat e   wit h   p hysi cal   pa rt  i n   or der  to  e n han c e t h e si m u la ti on  o u t p ut  [ 1 4] .   HI L t e c h niq u e  i s   use d  t o   va l i da t e   MA TLAB / S I MU LI NK  si m u la t i on a n d re sul t s  o f  ex pe r i ment  [ 1 5 ] .  T h e i m pl eme n t a ti on  o f   S P W M   vi si mula ti on a n HIL  w e re  de v e l ope an di s c usse d wi t h  t h ei r V S o u t p ut  vol ta ge a n d l o ad c u r r e n t .  U s ual l y ex t r ao rd in ary   p o w e conv e r t e app l ic ati o n is  d e sir e d  h i gh  ef f i ci en cy  an d les s  h a rm on ic   d i s t o r tion  [1 6] . I n  th i s   wo r k S P W M   i s  rea l iz ed  vi a  M A TL AB  si mul a t i on ,  i n  o n e   han d .  I n  a n ot he ha n d ,  w e  use  H I L t o   rea l iz S P W M .  B o t h   ge ne ra te SP WM ar ver i f i e d  an d t e st   by  fe edi n g   t h r e e  pha se  v o l t a g e  so urce  i nve rt or  VS I   whi c h is  l o ade d  wi th th r ee  pha se AC   l o a d ,  te sti ng  l o a d .   T h e bl oc k di a g r a o f  S P W is  sh ow i n   F i gu r e  1   w ith  V S I an d AC lo a d       Fi gu re  1 B l oc k  di ag r a m  o f   S P WM c ontr o V S I       2.   IM PLEM E N TA TION AND  M O D E LING SPWM  W I TH MATLA B \SI M U L INK  S I MU LA TION  Si nus oi da l  PWM i s  o n e o f  P W M t e c h niq u e s   of  dri v i ng  po w e r e l e c t r oni c o n v e r t e r .   It  i s  comm onl y   u s ed  i n  i ndu stria l ,  s i n c it doe no t n e e d   so  sop h i sti c a t e d  met h od  to  impl em en t .  U s i n g th i s   met hod   is b e ing   a b le  to  c ont r o l  t h e  wa ve fo r m  a n d  f r eq ue nc of  t h e c o nve r t e r   (i n v er te r)   out put  [ 1 7].  S P WM i s  cre a t e b y   c o mpa r i ng  o f  t w si gna l s ;  si n u soi d a l  r e fe re n c e wa ve  f r o m,  and  c a r r i e r   w a vef o r m  [ 1 8] Whe r e ,  t h car ri er i s   sa wto o t h   o r  t r i a ngl wa ve f r o m .  T h e c r os si n g   bet w e e n  t h e   ca rri er  an re f e r e nce  wa ve f o rm  yie l ds  o n  a nd o f st at us o f  s w i t c h es [ 1 9] .  T h ref e re nce  f r e q ue nc y i s   r e g u l a t e d t h out pu t  fr e que nc y o f   i nve r t e r ,   w h e r e ,  t h e   c a rr ie r e q u e n c y  co nt r o l s  t h pulses  n u m b e r  pe r ha l f  c y cl e of  t h o u t p ut  wa ve fo rm  [ 1 3 ] T h is  te chni q u e i s   not  c o m p l i c a t e d   t o  im pl y; h o w eve r ,   t h i s  t e c h ni que i s  una b l e t o   f u ll y c o n s ume   t h e   DC  bus  v o lt a g e   [ 2 0- 2 1 ]   whe r e a   t h re e- si ne wa ve  ge n e ra t o wit h   1 2 00 p h a s e   s h i f t  bet w ee e a c h  ot he r wi t h  sa w  too t gen e rato r.  Th de sig n  m o d e lling i s  ba se o n   [1 ].    2. 1.   De vel o p m e nt o f   si n u s o i d al   PW Ba sed o n  MA TLAB  Si m u la ti on\  Si mul i n k ,   SP WM ca n be  a c hi eve d  b y   usi ng sine  w a ve  and t r i a n g l e   ge ne ra to r .  T h e  re q u ir e d  o u tp ut  v o lt age  is p r od uce d   b y   di re c t i ng t h e ea c h   othe r wi th sa w  t oot h ge nera t o r.  T h e   de si g n  mo del i n g   i s   based  o n  [ 1 ].  The   w h ol e syst em of  devel o p m ent  SP WM   wi t h  VS I   a nd RLC   l o ad   i s   sho w e d  i n  Fi gu re  2.  I n   ad di t i on,  c h a ngi ng  t h e  a m pli t ude  a n fr e q u e nc of   t h r e fe re nc e  o r  si nusoi dal   mo dul at in si g n a l  wo ul d  al t e r  t h e  pat t e r n s  o f  o u tp ut   v o lt a g e  p u l s e- wi dt h.  H o w e ver ,  t h e   Si nus oi da wa v e f o r m   i s  not c h a n ge. [ 2 2 F u rt he r,  t h e  tr ia n g le  wa vef o r m  or  car r i er si gnal  i s  g e nera te d at  hi gh  fr e q uenc y;  i n  t h i s   pa pe r is   40 0 0  Hz .  I t   det e r m i n es t h e  swi t chi n g  fr e que n c y of  the   s w i t c hi n g  p o we r   e l e c t r oni c  [ 2 3 ] .  Whi l e   si nus oida l m o d u la ti ng sig n a l  i s  cre a t e d at  l o w   f r eq ue ncy  5 0   H z . The   st at e of  hi g h   a n d low a r e det e r m i n ed  b y   t h e i n te r s ec ti o n   bet w ee n  t h ref e re nce  an d  t r i a n gul ar   wave fo rm.  T hus , t h e   i n t e rse c t i o n   p o sit i ons   w o ul d  de fi ne  th e   ti me  o f  v a r i a b le   sw it ch i n g  s t at e.   [ 24- 25     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN : 2 088 -86 94  I n t J   P o w   El ec  &  D r i S y st V o l .  11,  N o .  2,   J u ne  20 2 0  :     8 70  – 87 8   87 2     Fi gu re .  2   S i m u l i nk mo de of  SP WM wi t h   V S I a n R L C         2. 2.    Si m u l a ti on  r e s ul ts   In t h i s  se ct i on  S P W M  si m u la t i ons ar pe r f o rme d .  Fi gu re 3  sho w s si x p u l s e s  of   SP WM.  Whe r e ,  t h S P W M  o f  si x   pulse s i s  fe t o   t h re e  pha s e  i nve r t ers .   Ea c h   t w pul ses a r e   o n  an d  of f  i n   dif f er e n t   t i m e .  T h e   pe r f o r ma nc o f  p r o p o se d t e s t i ng  l o a d  i s  si mul a t e o n  M A TL AB  Si mul i nk mo de l.  T h ree  p h ase si nusoi dal   g a t e  pu lse s  a r e   g e n e r a te by  t h e   SPWM me t h od         Fi gu re  3 S i x   p u l s e s  of  ge ner a t e d SP WM       The  si mul a t e d wa ve   f o r m  of  out put v o l t a ge i s   show i n   Fi gu re  4  T h e   pa r a me te rs of   t h e t e sti ng  l o a d   (R LC)   u s ed  in  Sim u la tion  i s  pr es en ted  i n  t h e A p p e n d i x  Th e sim u la tio re su lt s of  th e   ou tpu t  f ilte r  lin e  to  lin vol t a ge  an cu rre nt   are  d e pi ct ed  i n  Fi g u r 5       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n J Po w El ec   &  Dr S y st  IS SN:  208 8-8 6 9 4       D e sign  an d i m p l e m en o f  pu lse  wid t h   mo du l a tio wit h  l o w - co s t   h a r d w a r e  in  t h l o op  (Q asim  Al  Azze 8 73    (a )     (b )     F i gure  4 (a Th ree  phase  l i ne   t o  neut ra l   i n vert er out put  v o lt age  (b)  T h ree  p h ase li ne  t o   l i ne   i nve rte r  o u t p ut   vol ta ge         (a )         (b )     Fi g u r e  5   ( a Thr e e   p h ase  fil t e r   vo lt ag e  l i n e  to  li n e .   ( b )  Th r e e   ph a s e f ilt er  l o ad   cu rr e n t       3.   HARDWARE   IN T H E LO OP  I M PL EM ENTAT I ON    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN : 2 088 -86 94  I n t J   P o w   El ec  &  D r i S y st V o l .  11,  N o .  2,   J u ne  20 2 0  :     8 70  – 87 8   87 4 Re ce ntl y   H I L si mula ti on  is g r o w i n g fo r   t e st ing,   de si gn ,   a n d im pl ement a t i o n   c ont r o l  sy st em;   som e   pa rt  of  c o nt r o l  l o o p   syste m   w h e r e  a r e  si mul a t e d a nd s o me   ar re al   har d w a re.  H I L  i s  de s c ri be b y   p r oc e s si ng   o f   r e a l  p a rt  in   r e al  t i me   wi t h  simu l a t e d   co mp on en ts.  Wid e l y ,  HIL  simu la tio n  h a s b een  utili ze d   for   study i n th e   p e rfor m an ce  of mo d e led  c o n t ro l syst em  i n  r e a l - tim e   [17]. Ar du ino  meg a 260 ,   as show in  Fi g u r e 6 [ 1 8 ] , i s   use d  a s  a   mi c r o c o n tr oll e of  t h e   har d wa re  i n  the  l o o p .  A r d u in o c o nsi d e r as t h e l o w e st   mi cr oc o n t r ol le pri c e .   Ar dui n o  me ga 25 6 i s   pow e r e d   by  AT mega 25 6 0  [ 3 ] .   I t   ha s 5 4  i n p u t/ out put  pi ns  ( o f  w h i c 1 4  c a n  be   use d  a s   PWM out put s) , a po wer ja ck,  a 1 6  MHz  cr yst a l  osci ll at or, 4  UAR T s (ha r d w are  se ri al  po rt s), 16  anal og   i n p u t s an   I C S P  he ade r , a  U S B con n e c t i o n ,  an a r e se t  bu tt on . In   re c e n t   y e ar,   Ardu i no and   M a L a b   C o mp an y   re a liz es  a supp ort   p a c k a g e   [ 3 ]   fo Ar du i n o t o  in te rfa ce a nd wo rk  wi th   MA TLAB pr og r a m,  esp e c i al ly   MATLAB  Simulink.          Fi gu re  6  Ar d u i no me ga  25 6 0       A l go r tihm :      Bu il t Sy ste m  i n   M A TLA B  Si m u link ,   S P WM   G e n e r a t o r an mo d e l   P l a n t       Ar dui n o  para me te co nfi g u r at i o n        Se le ct   A r du ino and  Port       De pl oy  SP WM   G e ner a t o r S i mul i nk t o  Ha rd w a r e      R u n  t h Si muli nk  m odel   of  t h pla n t       Ge t  re s u lt     3. 1.   SP WM  i m ple m entati o n  wi th h a rdw a re  i n   the  l o op  As  me nt i o n,  S P W c a n   b y  c r ea te d b y  i n t e rsect i o n   o f   t w wave f o rm s;   tr i a ngl e a n si ne  wave In  HI L ,  i t  i s  use d   the   sa me   t e ch n i qu e  in  or de r to ge ne ra te   t h e  pul ses  (si g nal s )  of  SP WM. T h o u g h ,  t h e g e n e r a t e d   SPW M .  Si g n a l s are creat e d   i n  re al  ti me.  Imple m e n t o f   HIL ,  S P W M   a n d  te sti ng l o a d  (VS I  &  RL C  l o ad mod e ls  ar e d e c o mp ose d  i n t o  t w Simu lin k mod e l.   O n e of   t h em  is b u ilt  an d up l o a d ed  t o  th e  Ard u i n o a s   show  i n  Fi gu re  7 ( a) It   i s   c o nta i ne d mo del i ng  of  S P W M ge nera t o r   a n d se ri al  tr a n smit t e r  bl ock ,  w h i c h  int e r f ac e wit h   th e  ho s t  P C   and  M a t h l a b .   This  Simu lin mo d e l w ith   Ar du ino   ar e  r e pre s e n te d  t h e h a rdw a r e .  Ho w e v e r,  d a ta  t ype c o n v e r t e has to  be  pla c e   be twe e n  s p w m  sig n a l  ge ne r a t o bl oc k an d se ri al   t r a n s v er  bloc k. Be ca use   of   t h e   mat l a p si muli n k  e nve ri nme n t   need  d a t a  t o  b e   in unt 8.  T h sec o nd Si m u li nk  mo del  i s  co nt ai ned  te sti n g  l o ad   (V SI & RLC  l o a d ) and s e r i al r e c e i v e r,  w h i c h  is f i x e d   on ho st  P C , as sh own  i n   F i gu re 7 (b) .  P r ev io u s l y A r d u i no   w a s set  up a nd  d e f i ne d on t h e  h o s P C   a l so ; it  w a in t e r f a c e d  and  d e f i n e d   w ith   M A TLA B   p r og ram.  No w ,  t h e   SP WM  desi g n e d  m odel  i s  r e a d y  t o  ve ri f y  a n d   upl oa d  t o  t h A r d u in t h r o u g h   U S B  ca ble .   B y   c l i c ki ng t h D e pl o y   t o  Ha r d ware  in t h e mode wi n d o w  tool bar   t h e  pr o g r a i s  sta r t e d t h e  ve ri fi ca ti on a n d   d o wn  lo a d i n g   th e  mod e l to  m i cr o c on tr o ller   bo a r d .  O n ce th e mod e c o m p le te ly do wnl o ad ed , SPWM  mo d e l   ge ne ra to r  sta r t s  t o   ru n a nd  se nd si gna to  Si mul i n k si mul a t i on e nvi r o nme n t ,  t e st i ng l o a d  (V S I   & R L C   l o a d )   mo del .  A f te r t h e   si m u la ti on  is ac com p li she d ,   t h re s u lt s sho u l d   b e  e x hibi t e d o n   t h e   s c ope s o f  t e st in g l o a d   model.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P o w   Elec &  Dri Sy st   I SSN : 2 0 8 8 -8 69     D e si gn  a n d   i m pl eme n t of  p u ls e   w i dt m o d u l a t i on w i t h   l o w - cost  har dw a r e  i n   t h e l oop  ( Q a s i m   Al  Az ze )   8 75    (a)         (b)    Fi gu re  7 ( a )  Si muli n k  mo del   of   S P W M   gen e rat o r  r u n on  A r d u i n o.   ( b )   S i mul i n k   m odel   o f  t e st ing l o a d  ( V SI  RL C)  run   o n  ho st Comp u t er      3 . 2 .    Simu l a t i on   results   o f  S P WM  w i th  HI A f te th e   S P WM   g a te  s i ng le h a v e  b e e n  r e c e iv in fr om A r d u i no  t o   M A TLA on   ho s t  compu t er , th e   si mula ti on  st a r t s  t o   p r oc ess t h e mo del   a n d   t h e o u tp ut  w o uld  sh ow   i n  t h e   sc ope s. Fi gu re  is sh o w a  si x pul se   f o r t h ree   pha se   VS I.    W h ere ,   F i gu r e   9(a )  i s   depi ct e d  th r ee  pha se l i n e t o  l i n vol ta ge  a n d  t h r e e   p h ase l i n e t o   ne ut r a l  v o l t a g e  of   VSI   o u t put .  Al so , t h fi lt e r ed t h re pha se l o ad c u r r e n t   and l i n e t o  l i n e out put   volt a ge  ar e   sh own  i n  F i g u re  9( b)          F i gu re 8  S i x P W cre a t e d b y   Ar dui n o       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN : 2 088 -86 94  I n t J   P o w   El ec  &  D r i S y st V o l .  11,  N o .  2,   J u ne  20 2 0  :     8 70  – 87 8   87 6     F i g u r e  9  (a ) Thr e e  p h a se  lin e  to   N a tur a l  in v e rte r   ou tpu t   v o l tag e  w ith  H I L,   (b ) Thr e e ph a s e li n e   to  Lin e   inve rt er  out p u t  vol t a ge  wi t h  HI L             (a)  (b )     F i g u r e   10   (a)  Th r e e   ph a s e f ilte r  li n e   t o   lin e  outp u t  v o lta ge   w i t h  HI L,  (b Th ree  p h a se   f i l t e r   lo a d  c u r r en t w ith   HIL       3. 3.   E x per i men t  s e tup  a n I n s t r u me nt at ion   A s  il lu str a ted   in  Fi g u r e   11 , the te st i n stru men t a tio n c o n s is t s  of  the  h o s c o mp u t er   an d Ar du ino   K it.   Th i n st ru m e nt at io n  co mp u t e r   al low s  t h e u s e r   to  in ter f a c e  a n d co n t r o t h e  k i t se tt ing s V o lt ag a n cu rr e n t   wa ve f o r m  i n   b o th i m pl e m e n ta ti ons a r e  al most  sin u s o i d al   aft e r   pass  t h ro ug h sec o n d   o r de fi l t e r .   H o w e ve r ,   H I L is took  long e r   ti me to  ac co mp li sh , sin c e   it   w a p r o c es si n g  SPWM   i n  rea l  tim e.           Fig u re 11  Ex per i men t   Se tup  w ith  A r du i n o   K i (b)  ( a )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n J Po w El ec   &  Dr S y st  IS SN:  208 8-8 6 9 4       D e sign  an d i m p l e m en o f  pu lse  wid t h   mo du l a tio wit h  l o w - co s t   h a r d w a r e  in  t h l o op  (Q asim  Al  Azze 8 77  4.   CO NCL U S I O N   The  pa per i s  d e mo nst r at ed   h a rd ware   i n  l o o p   usi ng l o w  c o st mi c r oc ont rol l e r.  A r d u i n o Me ga  2 5 6 0   mi cr o c on tr o ller  is u s ed w h ich  is c o mp er e d   t o  [5] .  HIL is   v a l i d a ted  by imp l em e n ti ng  SP WM   w i th t h re e  VSI  wi th R L C loa d It   i s   c o mpa r ed the   i m ple m e n t a t i on  of SP WM  be t w e e n  si mula t i on  o n  MA TLAB \   S i mul i n k   and  Har d w a re  i n  the   l o op  HIL.  The   t w o te chni que s of  S P W M  i m p l e m e n ta ti ons a r e   c a rrie d o u t   si mula t i on   re sul t s  w h i c are c o mpa r e d   i n   pe rfo r ma nc e.  It  i s  ex hi bi t e t h rou g h   si mula ti on  tha t   gene rat e d  SP WM  have   same  pat t e rn  o f  p u l s i ng. F u rt hermo r e ,   t e sti n loa d  (t hre e   VSI  pl us t h ree  pha se  ba la nce   R L C)  i s  fe by  si pul se o f  S P W M. T h e si mul a t i on re sul t s o f   cur r ent  a nd  vo l t a ge  wave f o rms  in  bot h me t h o d s are  e n t i r el y t h sa me  m a nn e r . Th t w o i m p l e m e n ta l a r e   ca rr ied  ou a v e ry  g ood  si mu lati o n   r e su lt.  A s   re su lt s, w e  obta i n e out put  c u rre n t  and  v o lt age   fro m so ft ware si mula ti on a n d HIL  t e c hni que s,  a r pri m a r i l y have   t h e sa me   pa tt ern .   These  resul t s   c o n f i r me d t h a t   HIL  de mo nst r at es a nd s h ows a  v e ry sa ti sfac t o ry pe rform ance  o f   VSI  b y  usi n g   Ardui n o     RE FERE NC E S   [1]   R. Is erm a nn,  J.   S c haffn it  and  S .  S i ns el,   "H ardw a r e-in- t he-  loo p   s i mu lat i o n  fo r  th e d e sign   and   tes t ing  of   engin e - c o nt r o l sy st e m s " ,   Con t rol En gi nee r i n g  Pract i c e ,  Vo l. 7 ,  no .   5 ,  pp .   64 3-6 5 3 ,   19 99 .   [2]   A .  S o r i a n o ,   L .  M a r í n ,  M .   V a l l é s ,  A .   Val e ra ,  and   P .  Alber t os " L o w  Co st  P l atfo rm for Au tom a t i c  Co ntrol Educ atio Based  on  Op en  H a rdware,"  IF A C  P r oceed ing s  V o lumes,  vo l.  47 pp . 9 0 4 4 -90 5 0 ,   2 014 [3]   Ardu in o  W e b s ite .   [onl ine ]  Av aila bl e:  h t t p s: // st ore . a r d u i n o.c c / u s a/a r d u i n o-me g a -256 0-re v 3 [4]   S.  Ma ssou m ,   A.   Me rou f el, A.   Ma sso u m ,  a n d   P.  Wi ra ,   A  dire c t  po we c o n t ro l of the  do ubl y-fe d   i n d u c ti on  g e ne rat o r ba se d o n   th SVM  St rat e gy  E L EK T R O T EH NI Š K I  VE ST N I K ,  V o l.84 (5 ): 23 5-2 40,  20 17 .   [5]   L .  Ji a n Y. We nxi ,   L. Z h e n g y u ,   a n d X. Xia o y i . "De s ig a nd im ple m e n ta tio of  D S P  ba se d  hi gh -fre q u e n c y  SPW M   generat o r",   IEEE 8 t Int e rna t io n a l Po wer Elec t r on ics  an Motio Co ntro l Co nf eren c e   (I PEM 20 16  - ECCE As ia)   59 7-6 02,  20 16 .   [6]   M .  Lak k a E. K o utrou l is and  A .  D o llas , "D ev el opmen t o f  an F P GA -Ba s ed S P WM G e nera tor  for H i g h  S w itch in g   F r equ e ncy DC/A Inv e rters" ,   I E EE  T r a n s a cti o n s  o n   Pow e r  El e c tr on ics ,  Vol .   2 9 , n o .  1 ,  pp.  35 6-3 6 5 ,  20 14.  [7]   T.  Zoh e ir , M .   O m , H. M e d .  As saad , C.  H a k i ma,   B. Yo ucef , &  K Ab derrahm an e, “Imp lemen t ation  of F u zzy   Log i c   Speed Cont roll er  for a Perman e n Mag n et  DC   M o to r  Us in g L o w-Cost Arduino Platform ”,  T h e 5th  In ter nat io na Co nf e r e n ce  o n  Ele ct ri c a l En gi nee r i n g  –  B o u m e r d e s (ICE E -B ),  Oc to ber  2 9 -3 1 ,  201 7.   [8]   G.  Souveer , M.  Anshu Prakas h,  & O.  Vish wam itra.  “D esig n  and  Implemen ta t i on  o f  a  Low-Co st  Ard u ino-Bas e Sm a r t  Ho me  Syste m   9th   IEEE In ter n a t iona l Co nferen c e  on   Co mm un ica t ion So ftwa re  a n d   N e tw o r ks ,  20 17 .   [9]   R.  WU, J WEN, &  D. ZH AO “A   comp ar is on of con v erter' s p o w er  los s  und er  d i fferen t   P W M meth od s” Asi a - Pa cif i c  Power   a n d  Energ y  En g i n eering  Con f er en ce A P PEEC .  20 12 .   [10]   S .  Ran g an athan ,  H .  S r iharsh a ,  a n R. Krish n an . “Low  cos t  F P G A  implemen tat i o n  o f  S P W M   us ing  d y n a m i ca ll c o nfi g u r a b le  swit c hi ng   fre q u e n cy  for t h re e  pha s e  vo lta ge   so urce   in ve rt e r s” IEE E  In te rn at io nal  Con f e r e n c e  on  Computati o nal  I n t e lligence  an d Comput ing Research  (ICCIC) .  pp.  1-5,  20 15.  [11]   F .  A B DU LLA H.  “D es ign  o f  F P GA  b a sed  S P WM  s i n g le ph ase  inv e rter ”.  B .  En g .  th esis ,  B a t u   P a h a t,  Un iv er si t i   Tu Husse i n   On n Ma la ysia.  20 09.  [12]   O.  Kuz n y e tsov , O.  Kuz n i e tsov , a n d  M.   Se me niu k ,   I m p le m e nta t i o n  o f  a  m e thod   of  nu m e ri c a i n t e gra t io n o f   averag e   vo ltage at the  int e gr atio n s t ep  for  design in mi cr o c on tr o l l e r  mod e ls  of   ele c tr o t ec h n ica l  s y st ems”   E L EKTROTEHNIŠKI VE STNIK , Vol.   8 5 ,  n o . 3 , pp.  11 5-1 2 0 ,  20 1 8 [13]   C.  Savaglio,  "Hardware-i n - t he- L oop Simulati o n  - A n  Engine  Co ntro ller  Impl emen tatio n , "   Internat ional Congress  an d Expo si tion,   SAE T e ch nica P a p e r,  93 020 4 ,  1 9 93.   [14]   H. Hame ed, H. D a wood, & J. H .   A l was h “Torque  Ripp le  R e duct i on  Based D i rect  T o rque Control for  Inducti o n   Motor D r i v e ”.  I n tern ation a l  Jou r n a l of  En gine ering  Res e ar ch  T ech no log y  (IJ ERT )  Vo l.   3,  n o .   1 2 ,  20 14 .   [15]   J.  Sa ba ra d,  &  G. H.  Kul k a r ni.  “Com pa rat i v e   a n a l y s i s  of S V PW M a n d S P WM t e c h ni que s for m u l t i l e v e l  in ve rt e r .   Intern ation a l  Co n f er enc e  o n  Pow e and  Ad van c ed  Co ntrol  Engine er in g (ICPACE) .   pp.  23 2-2 37,  20 15 .   [16]   M.  H. R a sh id “P ow e r   E l ec tron ics Ci rcu i ts,  Devi ces and  Applications,   3 r d E d it ion,   Pre n t i c e - Ha ll of  In di a, P r i v a t li mi ted ,  N e w - De lh i ,  20 04   [17]   F .  Xu , X.  X u , F .   X u , & V .  Di navah i “H yb rid  an aly t ical  mod e l of s w itch ed  reluc t anc e  m achi n e for re al-t ime   hardware-i n- t h e- l o op si mulat i on”.   I E T   El ectr i c P o w e r App l i c at io ns , Vol.   1 1 , n o .  6 ,   pp .  11 14 -11 23,   20 17 [18]     The MathW o rk  websi t e.  [onli n e ]   Available:  htt p s://ww w. math wo rks . com/M A TLABcen tral/fil eexch an ge/44  8 5 7 - th ree-ph as e-sp wm-in v er ter-+-l c- fi lt er-mfile-model, 2013.  [19]   Ali, M o ha mmed  Has a n,  an d Qas i m A l  Az ze . " D es ig n and   impl e m entatio n   a se c u rity sy stem   fo bank  us in g vo ic re c o gn iti on ."  In tern atio na l Jo ur n a l of  Po wer  Electr o n i cs  an d D r ive  S y stems  (IJ PED S) ,   Vol. 10 , no 4 ,  pp . 21 26- 21 29 , 2 019 .   [20]   Al i M o h a m m ed  H.,   " M ath e ma ti cal  Dr i v in M o d e l o f   Thre e P h as e, Tw o  Lev e Inv e rter  by   (M etho d   of  Interconn ected  S u b s y s te m),"  Iraqi  Journal f o r El ectric a l  and  E l ectroni c   E n gi neering , V o l.  13 n o .  1,  pp .  7 3 -8 2 ,   20 17 .   [21]   Ali,  M o h a mmed  H a san, " D esign  an d Imp l em ent a tion   of  an  Elec tric al  Lift Con t r o lled   u s ing P L C . "   In ter nat io na J o urna l   o f  E l e c tric a l  a nd  C o mpu t e r  En g i n e e r i ng  (IJ ECE )  Vo l. 8 4 ,  no.   4,  19 47,   2 018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN : 2 088 -86 94  I n t J   P o w   El ec  &  D r i S y st V o l .  11,  N o .  2,   J u ne  20 2 0  :     8 70  – 87 8   87 8 [22]   S a lman , G h as sa n A b d u llah , M o h a mmed  Has a A l i, and  Al i   Najim Abdul l ah,  "I mpleme ntati o n Opti mal L o cat i o n   an Siz i n g   of  U P F C   on  Iraqi  P o wer S y stem  Grid (1 32  k V )  U s ing  Gen e tic  Alg o r ith m ,"   Int e rn atio nal  Jo ur nal o f   Po we r Ele c t r on ic s an d Dri v e  Sy ste m s (IJ PE DS ) Vol .  9 ,  no.   4,   p p .  1 6 0 7 -1 6 1 5 ,  2 018.  [23]   Al i,  Mo h a m m e d   H.  " S pe e d  Co n t ro l o f  (Se d m )   A d op ti ng  Ch op p e r Co nv e r te a nd  Pi  Co nt rol l e r ."   Diy a la  J o urna of  En gi ne e r i n g  Scie nc e s , 8 . 4 ,   pp:  355 -3 64 ,  2 0 1 5 .   [24]   Ab du l l a h , A li  Na j i m, a nd Moh a m m e d Ha s s a n  Al i. "D ir ec t to rque c ontro o f  IM  using PID  c o ntroller. "   I n tern at io na Jo ur nal o f  Elec t r ica l   &   Comp ute r  Eng i n e ering  (I J E CE) ,   Vol.  10,  n o  1 ,  p p . 61 7 - 625,  20 20.  [25]   K h an fara M ., et al. "A   M u lticarr i er  P W M   T echn i qu fo r   F i ve   L e v e l Inv e rter  Co nn ected  to the  Grid ."   In ter natio na l   J o u r n a l  of Po wer  E l ec t r on ic s and Dri v e  S y ste m   (IJ P E D S) ,   Vo l. 9 ,  n o . 4, pp . 17 74 -17 8 3 ,  20 18.    BIBLIO GRAPHY O F   AU T H ORS       Qa si m  Al Az ze   ha s Ma ste r  De gre e  o f   El ec t r ic al   En gi n e e r in g from  So ut he rn  Ill i no is Un iv e r si ty   Ed wards v ill e  (S IUE), U n ited   S t at es  of  A m eric a,  i n  20 14 ,   in   ar ea  o f  Ele c tri cal  P o w e and  Con t ro M achines  En g i n eering .   Bach elor  Deg r ee   o f   E l ec tric al P o w e r   an d M a ch in es  En g i neer in g  from   Un iv ers i ty  of  D i yala , Co lleg e  o f   En gine erin g,   Iraq ,  in   200 5.   Currently , ins t ru cting  El ec trical  M ach ines  an d D r iv es Co urs e   in  D e p. of  Ele c tric al  P o wer   an M achines,  As   well  Electrica En gine ering  co urs e  in M e ch a n ica l  Eng i nee r i n g  Dep a rtment P r evious ly , Ins t r u c t in g s o m e   co urs e s and  gradu a te d   pro j ec t s   in De p.  o f  E l e c t r ic a l  Po we r a nd  M achines.   H i s   r e s earch  Are a  of  Int e res t ing   ar e   P o w e S y stem ,  P o wer El ectron i cs , Auto mat i c   Con t rol,  Ele c tric al M ach ines  and  Drives , Re n e wable  Energy , S m art G r id , and   H VDC, Hy brid  Veh i cles  an d  Ele c tri c  Veh i cl es.              M o h a m m ed   H a s a n Al i was   b o r n  in   D i y a la , Ir aq, in   1 980 , receiv e d   h i s   B . S c . fro m Univ ers i ty   Diyala /  Ir aq  in  200 6,   M .   S c .  fro m  Univers ity   o f   Be lgo r od  , Ru ssia  ,2 01 3 .H is  curren t ly  ass i s t ant lec t u r e r   at   th e Dep a rt ment   o f  Ele c tr ic al P o w e r Engin eering ,   Co lleg e o f  Eng i n eer ing ,   Un iv ers i ty of D i yal a   Iraq .  P r o f e s s i o n al S t re n g th  and   S k ills : His  curren t  r e sear c h  in ter e s t s   are  p o we r syste m   m o d e li ng, po we r qu ali t y, re ne wa b l e e n e r g y  a n d   po we r el ec t r onic s . He  ha s 10  years  exp e rienc e  in  pra c tice   o f  El ectr i ca l en gin eer in g.  He is  t e a c hi ng sev e ral   b a sic  su bjects o f  the   E l ec t r ic a l  En gine e r in g, Uni v e r sity   o f  Di yal a  Ira q.  He   ha 4  pu b l ish e d p a p e rs.          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.