I nte rna t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io n ( I J R A)   Vo l. 8 ,   No . 1 Ma r ch   201 9 ,   p p .   52 ~ 67   I SS N:  2089 - 4 8 5 6 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j r a . v 8 i 1 . p p 5 2 - 67     52       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR A   Curren sens o rles s v ector contro lle d induc tion  m o to r drive        Vi m les h Ve r m a     De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Na ti o n a In stit u te  o f   T e c h n o lo g y   P a tn a ,   In d ia         Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Feb   2 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   Feb   7 ,   2 0 1 9       T h is  p a p e p re se n ts  a   c u rre n se n so rles s   v e c to c o n tro ll e d   in d u c t io n   m o to r   d riv e   w it h   o n ly   sp e e d   se n so p re se n in   th e   sy ste m .   T h e   sa m e   p e r f o rm a n c e   a s   th a o f   n o rm a v e c to c o n tro d r i v e ( w h ich   u se tw o   c u rre n a n d   o n e   sp e e d   se n so r)  is  a c h iev e d   w it h   th e   p r o p o se d   c u rre n se n s o rles d riv e .   S u c h   a a p p ro a c h   is  su it a b le  f o a p p li c a ti o n s,  w h e re   sp e e d   s e n so c a n n o b e   e li m in a ted .   T h u s,  e li m in a ti o n   o f   c u rre n se n so re su lt i n   re d u c ti o n   o f   c o st,  in c re a se re li a b il it y ,   r e d u c e d   siz e   a n d   n o ise   imm u n it y .   A   n e w   c u rre n e sti m a ti o n   a lg o rit h m   is   p ro p o s e d   in   th is  p a p e r.   T h e   c u rre n e sti m a ti o n   a lg o rit h m ,   e sti m a tes   th e   c u rre n in   tw o   p h a se   sta ti o n a ry   re f e r e n c e   f ra m e .     T h e   p ro p o se d   c u rre n e stim a ti o n   t e c h n iq u e   c a n   a lso   b e   u se d   a s a f a u lt   to lera n a lg o rit h m   f o n o rm a v e c to c o n tro ll e d   d riv e in   c a se   o f   c u rre n se n s o f a il u re s.  T h e   p e r f o r m a n c e   o f   th e   c u rre n se n so rles d riv e   u si n g   th e   p ro p o se d   c u rre n e stim a ti o n   tec h n iq u e   is   v e ri f ied   th ro u g h   M A TL A B/S I M UL INK .   Ex ten siv e   si m u latio n   re su lt a re   p re se n ted   to   c o n f irm   th e   e ff e c ti v e n e ss   o f   th e   a lg o rit h m .   T h e   a l g o rit h m   is   a ls o   e x p e ri m e n tall y   v a li d a ted   w it h   th e   lab o ra to ry   d e v e lo p e d   p r o to ty p e   a n d   th e   re su lt a re   p re se n ted .   T h e   p ro to ty p e   is  b u il t   a ro u n d   a   d S P A CE  1 1 0 4   c o n tr o ll e b o a rd .   K ey w o r d s :   C u r r en t e s ti m atio n   I n d u ctio n   m o to r   d r iv e   Sen s o r les s   Vec to r   co n tr o l   Co p y rig h ©   201 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Vi m le s h   Ver m a ,   De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Natio n al  I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y   P atn a,   P atn a - 800005 ,   I n d ia.   E m ail:  v i m les h . v er m a @ n itp . ac . in       1.   I NT RO D UCT I O N   I n d u ctio n   m ac h in e s   ar th w o r k   h o r s o f   th p r esen d ay   i n d u s tr y   d u to   th eir   s i m p l icit y   an d   r u g g ed   co n s tr u ct io n .   C o n tr o o f   th e s m ac h in e s   is   q u ite  co m p l ex   d u to   co u p lin g   b et w ee n   f l u x   an d   to r q u e.     T h u s ,   s p ee d   co n tr o o f   in d u ctio n   m o to r   d r iv ca n   b d iv id ed   in to   t w o   ca teg o r ies,  i.e . ,   s ca lar   co n tr o l   (v o lt/Her tz)   an d   v ec to r   co n tr o l.  Scalar   co n tr o in d u ctio n   m o to r   d r iv es  ar e   s i m p le  to   i m p lem en t,  r eliab le  an d   co s ef f ec ti v e.   I n   s ca lar   co n tr o l,  d v o ltag s en s o r   an d /o r   s p ee d   s en s o r   is   n ee d ed .   Ho w e v er ,   th d y n a m ic   p er f o r m a n ce   o f   s u ch   d r i v es  i s   s lu g g is h   w h en   s p ee d /to r q u ch an g o cc u r s .   T h u s   v ec to r   co n tr o is   ad o p ted   in   ap p licatio n s   w h ich   n ee d   g o o d   d y n a m ic  p er f o r m a n ce   a n d   p r ec is s p ee d /p o s itio n   co n tr o l.  Ho w e v er ,   th co n tr o s tr u ct u r o f   v ec to r   co n tr o d r iv es  is   co m p le x   an d   ex p e n s i v co m p ar ed   to   s ca lar   c o n tr o as  th n u m b er   o f   s en s o r s   in cr ea s e s   ( i.e . ,   t w o   c u r r en an d   o n s p ee d   s e n s o r ) .   I n   t h p ast  s e v er al  r esear ch   w o r k s   h av b ee n   d o n e   r elate d   to   s p ee d   s en s o r less   s t r ateg ies,  b u litt le  w o r k   h as  b ee n   d o n r elate d   to   cu r r en t   s en s o r less   d r iv e s .     T h s p ee d   s en s o r les s   d r iv n ee d s   t w o   c u r r en s e n s o r s   to   e s ti m ate  t h s p ee d   an d   r o to r   p o s itio n .   T h cu r r en s en s o r less   d r i v n ee d s   s p ee d /p o s itio n   s e n s o r   to   ac h ie v th s a m p er f o r m a n ce .   Ge n er al l y ,   d r iv e s   b ased   o n   v o lt/Her tz,   u s es  s p ee d /p o s itio n   s en s o r .   Fo r   th is   k i n d   o f   d r iv es  n o   cu r r en s e n s o r   is   ad o p ted   f o r   th m ea s u r e m e n t o f   th r ee   p h a s cu r r en t.  B u t t h d r a w b ac k   w i th   th is   k i n d   o f   ap p r o ac h   is   alr ea d y   d is cu s s ed .   T h er ef o r e,   th m ai n   m o ti v ati o n   b eh in d   t h i s   w o r k   is   to   a ch iev v ec to r   co n tr o w it h   t h ex i s ti n g   s p ee d /p o s itio n   s e n s o r   b ased   v o lt/Her tz  d r iv e s .   As,  alr ea d y   d is c u s s ed ,   v ec to r   co n tr o lled   d r iv es  n ee d   t wo   cu r r en s en s o r s   f o r   its   i m p le m en tatio n .   Hen ce ,   th e s c u r r en ts   w ill   b esti m ated   in   t wo   p h ase  s tatio n ar y   r ef e r en ce   f r a m in   ca s o f   d r iv es  w h er s p ee d /p o s itio n   s en s o r   is   av ailab le  to   ac h i ev v ec to r   co n tr o l.     A l s o ,   th er ar ap p licatio n s   ( lik p o s itio n i n g ) ,   w h er e   th e   s p ee d /p o s itio n   s e n s o r   ca n n o b e   r e m o v ed   to   as s u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2089 - 4856       C u r r en t sen s o r less   ve cto r   co n t r o lled   in d u ctio n   m o to r   d r ive  ( V imlesh   V erma )   53   p r ec is io n   an d   r eliab il it y .   P r o p o s ed   alg o r ith m   ca n   also   b u s ed   i n   t h ap p licatio n s   w h er e,   a u to m at ic  r ec o n f i g u r atio n   o f   co n tr o ller   i s   d o n f r o m   s e n s o r les s   v ec to r   co n tr o ( w h e n   s p ee d /p o s iti o n   s en s o r   f ails )   to   v o lt/Her tz  co n tr o ( w h e n   p h as cu r r en t   s e n s o r s   f ail) .   Fo r   th i s   ap p licatio n   ( i.e . ,   w h e n   b o th   th e   c u r r en s e n s o r s   f ail   an d   s p ee d   s e n s o r   i s   h ea lt h y   i n   ca s o f   v ec to r   co n tr o d r iv e)   in s tead   o f   s h i f ti n g   t h e   d r iv f r o m   v ec to r   co n tr o to   v o lt/ Her tz,   t h d r iv ca n   s till   b e   m ad to   o p er ate  as  a n   v ec to r   co n tr o d r i v e,   w ith   t h h elp   o f   p r o p o s ed   cu r r en e s ti m at io n   te ch n iq u e.   T h is   p ap er   p r esen ts   n e w   cu r r en est i m a tio n   tech n iq u e   f o r   s u c h   k i n d   o f   ap p licatio n s .   Sev er al  m et h o d s   f o r   esti m atio n   o f   cu r r en ar p r esen ted   in   liter atu r e.   Gr ee n   et   al.   [ 1 ]   p r o p o s ed   th r ec o n s tr u ct io n   o f   p h ase  c u r r en ts   f r o m   t h DC - li n k   c u r r en s ig n al  i n   1 9 8 9 .   R esear ch   w o r k s     in   [ 2 - 3 ]   in tr o d u ce d   th m o d i f i ca tio n s   to   t h m o d u latio n   alg o r ith m   i n   o r d er   to   g u ar a n tee  t h r eliab ilit y   o f   t h e   m ea s u r e m e n t s   f r o m   th e   DC - li n k   cu r r e n t se n s o r s .   Mo to r   p h a s cu r r e n w a s   al s o   esti m ated   b y   u s i n g   p r ed ictio n - co r r ec tio n   alg o r ith m s ,   t h u s   in tr o d u cin g   ad d itio n al  co m p u tat io n al  b u r d en   to   t h e   d r iv s y s te m   [ 4 - 5 ] .     I n   [ 6 ]   s p ac v ec to r   m o d u la tio n   p atter n   m o d i f icatio n   ( S V M - P M)   is   p r o p o s ed   th at  p r o d u ce s   lo w er   cu r r en t   h ar m o n ic  co n te n t.  T h SVM - P M,   r e q u ir ed   to   r ec o n s tr u ct  t h p h ase  c u r r en ts ,   i n cr e m e n t s   th p o w er   lo s s es,     th au d ib le  n o is a n d   th h i g h - f r eq u e n c y   co n ten in   v o lta g es  an d   cu r r en [ 7 ] .   T h in v er t er   o u tp u v o ltag i s   r ed u ce d   b y   th e   SVM - P i n   t h o v er   m o d u lat io n   o p er atin g   m o d [ 8 ] .   T h n eg ati v e f f e cts  o f   SVM - P is   o v er co m i n   [ 9 ]   w it h   th e   h elp   o f   s tate  o b s er v er   w o r k i n g   al o n g   w it h   S VM - P M.   I n   [ 1 0 ] ,   d ir ec to r q u co n tr o l   ( DT C )   s ch e m f o r   I d r iv e s   b ased   o n   s i n g le  c u r r en t   s e n s o r   p lace d   in   th e   i n v er ter   D C - l in k   is   p r o p o s ed .     Her th p h ase  c u r r en i s   f ir s p r ed icted   b y   m ea n s   o f   s u itab l m o to r   m o d el  an d   th e n   ad j u s t ed   w it h   t h h elp   o f   s en s ed   DC - li n k   c u r r en t.  T h d r a w b ac k   i s   th ad d itio n al  co m p u tatio n al  b u r d e n .     I n   [ 1 1 ] ,   cu r r en s en s o r   ar r an g e m e n f o r   th ac q u is itio n   o f   tr u in s ta n ta n eo u s   p h ase  cu r r e n f r o m   t h e   DC - li n k   s i g n a l,  to g et h er   w it h   th s h o r t - cir cu i a n d   g r o u n d   f a u lt  p r o tectio n s   is   i m p le m e n ted   w it h   o n l y   o n e   cu r r en s e n s o r .   T h DC - li n k   s e n s ed   c u r r en r e m ai n s   s e n s it iv e   to   n ar r o w - p u l s p r o b le m s ,   a n d   f u r th er   d eter io r ates  if   t h ca b le   ca p ac itan ce   ca u s e s   s p u r io u s   o s cilla tio n s   in   th e   DC - l in k   w a v e f o r m .   T h is   p r o b le m   i s   s o lv ed   i n   [ 1 2 ] ,   w h er th e   co n t r o alg o r ith m   i s   b ased   o n   th e   ca lcu latio n s   o f   i n s ta n ta n eo u s   ac tiv a n d   r ea ctiv e   p o w er   f r o m   t h D C - l in k   c u r r en a n d   P W p atter n .   T h r ee   in d iv id u al  o b s er v er s   ( o n f o r   ea ch   p h a s e)   ar e   u s ed   in   [ 1 3 ]   to   esti m ate  t h p h a s c u r r en f r o m   v o ltag a n d   f lu x   s ig n a ls .   T h is   m et h o d   is   d ep en d en o n   t h v ar iatio n   o f   s ta to r   r esis ta n ce .   I n   al t h ab o v m et h o d s ,   c u r r en t   s e n s o r   is   p lace d   i n   th e   DC - l in k .   I t   i s   n o ticed   th a all   o f   th af o r esaid   m et h o d s   b a s ed   o n   DC - li n k   cu r r en m ea s u r e m e n r eq u ir th i n f o r m atio n   o f   m ac h in m o d el  an d   s w itc h in g   s ta tes  o f   t h i n v er te r .   I n   [ 1 4 - 2 2 ] ,   cu r r en s en s o r les s   alg o r ith m s   ar p r esen ted .   A l th ese  m et h o d s   ar b ased   o n   ac cu r ate  m ac h i n m o d el s ,   w h ic h   w ea k e n   th r o b u s tn e s s   o f   t h co r r esp o n d in g   d r iv e.   I n   [ 2 3 ] ,     h y b r id   P W tech n iq u i s   u s ed   to   r ec o n s tr u c th c u r r en t,  r ed u ce   th c u r r en d is to r ti o n   an d   d ec r ea s th e   T HD  o f   in v er ter .   T h p r o p o s ed   m et h o d   co m b i n es  S VM   an d   PW tech n iq u es  to   r ed u ce   th u n - m ea s u r ab le  ac tiv v o lta g a r ea   b u t,  in cr e ases   th al g o r ith m   co m p le x it y .   Fu r t h er   m o d if icatio n s   ar m ad in   t h P W tech n iq u es  to   eli m in ate  t h p r o b lem s   r elate d   to   tr ad itio n al  DC - li n k   s e n s i n g   [ 2 4 ] .   I n   [ 2 4 ] ,   th s w itc h in g   lo s s   i s   less   a n d   th er is   r ed u c tio n   in   th d c u r r en r ip p le.   Ho w e v er ,   it  r esu lts   i n   i n cr ea s ed   T HD  at  lo w e r   m o d u latio n   in d e x .   T o   im p le m en t h cu r r en e s ti m atio n   m et h o d   in   [ 2 5 ] ,   in v er ter   n ee d s   to   b co n s tr u cted   w it h   s ix   i n d i v id u al  I GB T s .   He n ce ,   th m et h o d   w il f ai i f ,   ea ch   l eg   o f   t h i n v er ter   i s   m ad u s i n g   d u al  p ac k   I GB T   m o d u les  o r   all  t h s i x   I GB T s   co m i n   s in g le  p ac k .   I n   [ 2 6 ]   an d   [ 2 7 ] ,   n e w   m et h o d   to   esti m a te  th p h ase   cu r r en ts   u s i n g   s i n g le  c u r r en s en s o r   is   p r esen ted   f o r   DM C   f ed   AC   m o to r s .   No te  t h at  t h e   p r o p o s ed   m et h o d   d ep en d s   o n   s p ec if ic  lo ca tio n   o f   th c u r r en s e n s o r .   T h er ef o r e,   im p le m e n tatio n   o f   th p r o p o s ed   m et h o d   n ee d s   s m all  c h a n g i n   t h co n v er te r   co n n ec tio n   to   p lace   th c u r r en t se n s o r .   I n   t h is   p ap er ,   cu r r en t   s e n s o r less   b ased   v ec to r   co n tr o lle d   in d u ct io n   m o to r   d r iv is   p r esen ted .     Her e,   s p ee d   s en s o r   is   u s ed   to   ac h iev v ec to r   co n tr o w it h o u t   u s i n g   c u r r en s e n s o r s .   T h cu r r en ts   ar esti m ated   in   t w o   p h ase  s tat io n ar y   r ef er en ce   f r a m e,   w it h   t h h el p   o f   r ef er en ce   v al u o f   d - ax is   s tato r   cu r r en t.     T h r ef er en ce   v al u o f   d - a x i s   cu r r en t   is   o b tain ed   f r o m   m a ch in e   r ati n g s .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   u s es  t w o   s i m p le  eq u atio n s   f o r   its   es ti m atio n .   T h alg o r ith m   d o es  n o r eq u ir an y   ex tr h ar d w ar f o r   its   i m p le m en ta tio n   an d   th u s   m ak e s   it  s u ita b le  f o r   r etr o f it  ap p licatio n s .   T h p ap e r   is   d iv id ed   in to   s ix   s ec tio n s .   Sectio n - I   d ea ls   w it h   liter atu r r ev ie w   o n   v ar io u s   cu r r en esti m atio n   m et h o d s   an d   cu r r en s en s o r les s   b ased   d r i v es.  T h p r o p o s ed   cu r r en est i m a tio n   al g o r ith m   is   p r esen i n   s ec tio n - I I .   Si m u latio n   r e s u l ts   ar av aila b le  i n   s ec tio n - I I I .     Sectio n I d ea ls   w i th   th h ar d w ar s et u p   d escr ip tio n   a n d   c o r r esp o n d in g   e x p er i m e n tal  r es u lts   ar av ailab le  i n   s ec tio n - V.   Sectio n - VI   co n clu d es th w o r k .       2.   P RO P O SE CURR E N T   E S T I M AT I O A L G O R I T H M   T h p r o p o s ed   cu r r en esti m at i o n   alg o r ith m   i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 .   Her th cu r r en t s   ar esti m ated   in   t w o   p h a s s tat io n ar y   r e f er en ce   f r a m e.   I n itiall y ,   t h r ated   v al u o f   f l u x   i s   ca lc u lated   w it h   t h h elp   o f   r e f er en ce   v alu e   o f   d - ax is   s tato r   cu r r en t.  T h o b tain ed   v alu e   o f   r o to r   f l u x   is   t h e n   u s ed ,   to   ca lc u late  t h f l u x   in   s tat io n ar y   r ef er en ce   f r a m w it h   t h h elp   o f   v ec to r   r o tato r .   A ls o ,   t h eq u atio n   o f   r o to r   f lu x   i n   s tatio n a r y   r ef er e n ce   f r a m e   d ep en d s   o n   s tato r   cu r r en ts   a n d   s tato r   v o ltag e s .   R e f er en ce   v alu e   o f   s tato r   v o ltag is   u s e d   in   th is   eq u at io n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 2 0 8 9 - 4856   I n J   R o b   &   A u to m Vo l.  8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 9     5 2     67   54   T h u s ,   t h u n k n o w n   q u a n ti t y   p r esen i n   eq u atio n   i s   t h s tato r   cu r r en t.  Hen ce ,   it  ca n   b esti m ated .     T h co r r esp o n d in g   eq u at io n s   ar d is cu s s ed   later .   Ov er all  b l o ck   d iag r a m   o f   t h d r iv i s   p r esen ted   i n   F i g u r e   2.     2 . 1 .   T heo re t ica l D ev elo pm e n t :   R o to r   f lu x   i n   s tatio n ar y   ( s tato r )   r ef er en ce   f r a m is   g iv e n   as   (1 - 2) :     ms r r c o s   ( 1 )     ms r r s i n   ( 2 )     W h er sd m r i L   an d   ms   is   th p o s itio n   o f   r o to r   f lu x   w it h   r esp ec t o   s tato r   ax is .   * sd i   is   t h r ef er en ce   v al u o f   d   ax is   cu r r en in   r o tatin g   r e f er en ce   f r a m e.   Her m L   an d   sd i   ar k n o w n .   T h u s   r   is   also   k n o w n .   R o to r   f lu x   i n   s t atio n ar y   r ef er e n ce   f r a m ca n   b ex p r ess ed   as   (3 - 4) :     s s s m r r i L L L   ( 3 )     s s s m r r i L L L   ( 4 )     w h er e,   s an d   s   ar g iv e n   as   (5 - 6)     dt i R v s s s s ) ( *   ( 5 )     dt i R v s s s s ) ( *   ( 6)     A l s o , s r m L L L 2 1     Su b s ti tu t in g   ( 2 )   an d   ( 5 )   in   ( 3 )   an d   s o lv i n g   f o r   s i w g et   ( 7 )     r r m s s s s s L L dt i R v L i ) ˆ ( 1 ˆ   ( 7 )     Si m i lar l y ,   s i is   ( 8 )   esti m ated   b y   s u b s t it u ti n g   ( 1 )   an d   ( 6 )   in   ( 4 ) .     r r m s s s s s L L dt i R v L i ) ˆ ( 1 ˆ   ( 8 )     I n   Fig u r 1 ,   s L K 1 1   an d r m s L L L K * 1 2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2089 - 4856       C u r r en t sen s o r less   ve cto r   co n t r o lled   in d u ctio n   m o to r   d r ive  ( V imlesh   V erma )   55         Fig u r e   1 .   P r o p o s ed   cu r r en t e s ti m atio n   tech n iq u e           Fig u r e   2 .   Sch e m atic  b lo ck   d ia g r a m   o f   I d r iv w i th   p r o p o s ed   cu r r en t e s ti m atio n   tech n iq u e       3.   SI M UL AT I O R E S UL T   T h p r o p o s ed   cu r r en s en s o r l ess   m eth o d   h a s   b ee n   s i m u lat ed   u s in g   M A T L A B /SIM U L I NK.   T h is   s ec tio n   p r esen ts   s o m o f   t h e   s i m u latio n   r esu l ts   co r r esp o n d in g   to   th p r o p o s ed   alg o r ith m .   T h m ac h i n e   p ar am eter s   ar av ailab le  in   T ab le  1   as sh o w n   i n   A P P E NDI X .     3 . 1 .   Ste cha ng in ro t o s peed   T h p er f o r m a n ce   o f   t h in d u ct io n   m o to r   f o r   s tep   ch a n g in   r o to r   s p ee d   is   p r esen ted .   A   s tep   ch an g i n   s p ee d   o f   2 0   r a d /s   is   ap p lied   at   5 s   f r o m   0   r ad /s .   T h co r r esp o n d in g   r esu lt s   ar s h o w n   in   F ig u r e   3 .   Fi g u r e   3 ( a)   s h o w s   h o w   t h ac t u al  ( r )   r o to r   s p ee d   f o llo w s   t h r e f er en ce   ( r   )   s p ee d .   T h d   a n d   q   ax is   r o to r   f lu x   co m p o n e n t s   ar p r esen ted   i n   Fig u r e   3 ( b ) ,   w h ich   r e f lect s   f lu x   o r ien tatio n .   T h f l u x   a n d   to r q u co m p o n e n ts   o f   th c u r r en ts   ar s h o w n   in   Fi g u re   3 ( c)   an d   Fi g u r e   3 ( d ) .   T h ac tu al  c u r r en t   ( u s in g   t w o   c u r r en s en s o r s )   an d   esti m ated   α -   a n d   β - a x i s   cu r r e n ts   ar p r esen ted   in   Fi g u r e   3 ( e)   an d   Fig u r e   3 ( f ) .   I is   o b s er v ed   th at  esti m ated   cu r r en f o llo w s   th e   ac t u al  w i th   n eg li g ib le  er r o r .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 2 0 8 9 - 4856   I n J   R o b   &   A u to m Vo l.  8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 9     5 2     67   56     ( a)     ( b )       ( c)     ( d )         ( e)         ( f )     Fig u r 3 .   Si m u latio n   r esu l ts   u n d er   s tep   ch an g i n   s p ee d   ( T L =0 . 5 p u   at  2 0 r ad /s )   ( a)   r ef er en ce   an d   ac tu al  r o to r   s p ee d   ( b )   r o to r   f lu x   ( c)   q - ax i s   cu r r en t ( d )   d - ax is   c u r r en t ( e)   α - ax is   cu r r e n t ( f )   β - a x is   c u r r en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2089 - 4856       C u r r en t sen s o r less   ve cto r   co n t r o lled   in d u ctio n   m o to r   d r ive  ( V imlesh   V erma )   57   3 . 2 .   Sp ee Rev er s a l   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   i s   als o   test ed   f o r   f o r w ar d   an d   r ev er s m o to r in g   b y   ap p l y in g   s q u ar w av e   s p ee d   co m m a n d .   T h r ef er en ce   s p ee d   ( r )   is   ch an g ed   f r o m +2 0   r ad /s   to   - 2 0   r ad /s   at  1 7 . 5 s .     T h co r r esp o n d in g   ac tu al  s p ee d   ( r )   is   s h o w n   in   Fi g u r e   4 ( a) .   T h f lu x   o r ien ta tio n   i s   n o d i s tu r b ed   as  ca n   b s ee n   i n   F ig u r e   4 ( b ) .   T h r ef er en ce   an d   ac t u al  v al u es  o f   to r q u an d   f l u x   c u r r en t s   ar s h o wn   i n   Fi g u r e   4 ( c)   an d   Fig u r e   4 ( d ) .   P er f o r m an ce   o f   t h cu r r en es ti m ato r   is   p r esen ted   in   Fig u r e   4 ( e)   an d   Fig u r e   4 ( f ) ,   w h ic h   r ev ea l s   th er r o r   b etw ee n   ac t u al  an d   e s ti m ated   cu r r en t i s   n e g li g ib l y   s m al l.     3 . 3 .   Ra m p Re s po n s e   T h p er f o r m a n ce   o f   d r iv u n d er   s lo w   ze r o   cr o s s i n g   is   o b s er v ed   w h e n   r e f er en ce   s p ee d   is   ch a n g e d   f r o m   p o s iti v to   n e g ativ e   in   t h f o r m   o f   r a m p .   T h r ef er e n ce   an d   ac t u al  s p ee d ,   r o to r   f lu x   co m p o n e n t,  f lu x   an d   to r q u co m p o n e n o f   s tat o r   cu r r en t,  ac tu al  an d   est i m at ed   v alu es  o f   α -   an d   β - ax i s   cu r r en ar p r esen ted     in   Fi g u r e   5 .           ( a)     ( b )       ( c)     ( d )         ( e)   ( f )     Fig u r e   4 .   Si m u latio n   r esu l ts   u n d er   s p ee d   r ev er s al  ( T L =0 . 5 p u   at  2 0 r ad /s )   ( a)   r ef er en ce   an d   ac tu al  r o to r   s p ee d   ( b )   r o to r   f lu x   ( c)   q - ax i s   cu r r e n ( d )   d - ax is   cu r r en t ( e)   α - a x is   c u r r en t ( f )   β - a x is   c u r r en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 2 0 8 9 - 4856   I n J   R o b   &   A u to m Vo l.  8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 9     5 2     67   58     ( a)     ( b )       ( c)     ( d )       ( e)     ( f )     Fig u r e   5 .   Si m u latio n   r esu l ts   u n d er   r am p   s p ee d   co m m a n d   ( T L =0 . 5 p u )   ( a)   r ef er en ce   an d   ac tu al  r o to r   s p ee d   ( b )   r o to r   f lu x   ( c)   q - ax i s   cu r r e n t ( d )   d - ax is   c u r r en t ( e)   α - ax i s   cu r r en t ( f )   β - a x is   c u r r en t       3 . 4 .   P er f o r m a nce  un der  s in u s o ida l sp ee d c o mm a nd   T h p er f o r m an ce   o f   t h s e n s o r less   d r iv u n d er   s in u s o id al  s p ee d   co m m a n d   is   o b s er v ed   in   Fig u r e   6 .   R ef er e n ce   v er s u s   ac t u al  s p ee d   is   s h o w n   Fi g u r e   6 ( a) .   I is   o b s er v ed   th a th e   ac tu al   s p ee d   tr ac k s   t h r e f er en ce   o n w i th   g o o d   ac cu r ac y .   Fro m   Fi g u r e   6 ( b ) ,   it  is   n o ticed   th at  f l u x   o r ien tatio n   i s   m ai n ta in ed   th r o u g h o u th e   o p er atio n .   T h d   an d   q   ax is   s t a to r   cu r r en ts   ar s h o w n   i n   Fi g u r e   6 ( c)   an d   Fig u r e   6 ( d ) .       3 . 5 .   P er f o r m a nce  un der  t ria ng ula s peed  co mm a n d   T h p er f o r m a n ce   o f   d r iv u n d er   tr ian g u lar   s p ee d   co m m a n d   is   o b s e r v ed   in   Fi g u r e   7 .   I is   o b s er v ed   th at  th e   ac t u al  s p ee d   tr ac k s   t h r e f er en ce   o n e   w it h   g o o d   ac cu r ac y   as  s h o w n   in   Fi g u r 7 ( a) .   Fro m   Fi g u r e   7 ( b ) ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2089 - 4856       C u r r en t sen s o r less   ve cto r   co n t r o lled   in d u ctio n   m o to r   d r ive  ( V imlesh   V erma )   59   it  is   n o ticed   t h at  f l u x   o r ie n tati o n   is   m ai n tai n ed   t h r o u g h o u t h o p er atio n .   T h d - an d   q - ax i s   s tato r   c u r r en ts   ar s h o w n   in   F ig u r 7 ( c)   an d   Fig u r e   7 ( d ) .           ( a)   ( b )       ( c)   ( d )     Fig u r e   6 .   Si m u latio n   r esu l ts   u n d er   s in u s o id al  s p ee d   co m m a n d   ( T L =0 . 5 p u )   ( a)   r ef er en ce   an d   ac tu al  r o to r   s p ee d   ( b )   r o to r   f lu x   ( c)   q - ax i s   cu r r e n t ( d )   d - ax is   cu r r en t           ( a)   ( b )         ( c)   ( d )       Fig u r e   7 .   Si m u latio n   r esu l ts   u n d er   tr ian g u lar   s p ee d   co m m an d   ( T L =0 . 5 p u )   ( a)   r ef er en ce   an d   ac tu al  r o to r   s p ee d   ( b )   r o to r   f lu x   ( c)   q - ax i s   cu r r e n t ( d )   d - ax is   cu r r en t       3 . 6 .   M o t o ring   a nd   re g ener a t ing   m o de  o f   o pera t io n   P er f o r m a n ce   o f   t h d r iv e   in   all  t h e   f o u r   q u ad r a n o f   o p er atio n   is   s h o w n   in   Fi g u r e   8 .   Her t h e   r ef er en ce   s p ee d   is   c h an g ed   f r o m   1 0   r ad /s   to   - 1 0   r ad /s .   T h l o ad   to r q u is   also   ch a n g ed   f r o m +5   N - m   to   - 5   N - an d   is   ag ain   b r o u g h b ac k   t o +5 N - m .   A 1 5 s   lo ad   t o r q u is   m ad n e g ati v e,   b u s p ee d   is   s til p o s itiv e.     T h is   in d icate s   f o r w ar d   b r ak in g   o p er ati o n   o f   d r iv a s   in d icate d   in   Fi g u r e   8 ( a) .   Si m i la r l y   o th er   q u ad r an t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 2 0 8 9 - 4856   I n J   R o b   &   A u to m Vo l.  8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 9     5 2     67   60   o p er atio n s   ar also   s h o w n   i n   Fig u r e   8 ( a) .   Or ien tatio n   o f   f lu x   i n   all  t h f o u r   q u ad r a n o f   o p er atio n   is   s h o w n   i n   Fig u r e   8 ( b ) .   T h f lu x   an d   t o r q u co m p o n e n ts   o f   c u r r en t s   ar s h o w n   i n   Fi g u r 8 ( c)   an d   Fig u r e   8 ( d ) .           ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r 8 .   Si m u latio n   r esu l ts   i n   m o to r in g   a n d   r eg en er at in g   m o d ( a)   r ef er en ce   an d   ac tu al  r o to r   s p ee d     ( b )   r o to r   f lu x   ( c)   d   ax is   c u r r en t   ( d )   q   ax is   cu r r en t       4.   E XP E R I M E NT A L   SE T - UP   T h is   s ec tio n   d ea ls   w it h   th e   d ev elo p m e n o f   lab o r ato r y   b ased   p r o to ty p e   to   tes t h p r o p o s ed   alg o r ith m s .   T h te s s et - u p   is   b u ilt  w i th   th h elp   o f   d SP AC E - 1 1 0 4 .   T h b lo ck   d iag r am   o f   th e   co m p let e   s etu p   is   p r ese n ted   i n   Fi g u r e   9 ,   w h ic h   co m p r i s es  o f   th f o l lo w i n g   s u b s y s te m s .   A l s o ,   th e   h ar d w ar s e t - u p   is   p r esen ted   in   Fi g u r e   10.           Fig u r e   9 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h ex p er i m e n tal  s y s te m       4 . 1 .   Co ntr o l U nit   T h co n tr o u n it  o p er ates  th r o u g h   d SP AC E - 1 1 0 4   co n tr o ller   b o ar d .   T h cu r r en is   s en s ed   an d   s ca led   b ef o r f ee d in g   to   t h co n tr o l ler .   I n   ca s o f   a n y   f a u lt,  th e   s y s te m   h a s   d eb u g g i n g   f ac ili t y   t h r o u g h   f a u lt   in d icatio n   s y s te m .   C o n tr o l u n i t h as t h e   f o llo w i n g   f u n ctio n al  b lo ck s .   -   d SP A C E - 1 1 0 4   co n tr o ller   b o ar d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2089 - 4856       C u r r en t sen s o r less   ve cto r   co n t r o lled   in d u ctio n   m o to r   d r ive  ( V imlesh   V erma )   61   -   Sen s in g   o f   p h a s cu r r en t   -   P W p r o ce s s in g   b lo ck   -   P r o tectio n   an d   f au lt i n d icatio n   b lo ck     4 . 2 .   P o w er   Unit   -   T h r ee   p h ase  r ec tif ier   -   Vo ltag s o u r ce   i n v er ter           Fig u r 1 0 .   L ab o r ato r y   d ev elo p ed   h ar d w ar p r o to ty p e       5.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S   T h p r o p o s ed   cu r r en s en s o r less   al g o r ith m   is   test ed   i n   h ar d w ar u s i n g   d SP AC E - 1 1 0 4   b ased   lab o r ato r y   p r o to ty p e.   So m o f   th ex p er i m en ta r esu lts   ar p r esen ted ,   co r r esp o n d in g   to   t h e   s i m u latio n   r es u lts   o f   p r ev io u s   s ec tio n .   T h ex p er i m e n ts   ar p er f o r m ed   th r o u g h   lab o r ato r y   d ev elo p ed   p r o t o ty p e,   b u ilt  ar o u n d   a   d SP A C E - 1 1 0 4   co n tr o ller   b o ar d .     5 . 1 .     Ste p c ha ng in ro t o s peed   T h r esp o n s f o r   s tep   ch an g in   r o to r   s p ee d   ca n   b s ee n   in   Fig u r e   1 1 .   A   s tep   ch an g i n   s p ee d   o f   2 0   r ad /s   is   ap p lied   at  4 . 3 5 s   f r o m   0   r ad /s .   T h r ef er en ce   an d   a ctu al  r o to r   s p e ed s   a r av ailab le  in   Fig u r e   1 1 ( a) .     Flu x   o r ien ta tio n   i s   w ell  m ai n t ain ed   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   1 1 ( b ) .   T h d -   an d   q - a x is   co m p o n e n ts   o f   s tato r   cu r r en t s   ar s h o w n   i n   Fig u r 1 1 ( c)   an d   Fig u r e   1 1 ( d ) .   T h ac tu al  an d   esti m ated   α -   a n d   β - a x i s   cu r r en ts   ar p r esen ted   in   F ig u r 1 1 ( e)   an d   Fig u r 1 1 ( f ) .   I t is o b s er v ed   th at  esti m ated   c u r r en f o llo w s   t h ac tu al  w i th   n eg l ig ib le  er r o r .     5 . 2 .   Sp ee d Re v er s a l   T h p er f o r m a n ce   o f   t h s y s te m   u n d er   s p ee d   r ev er s al  i s   p r esen ted   i n   Fi g u r 1 2 .   T h r ef er en ce   v s   ac tu a r o to r   s p ee d s   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 2 ( a) .   E x p er im e n tal  r es u lt s   s h o w   g o o d   d y n a m ics   d u r i n g   s p ee d   r ev er s al.   T h f lu x   i s   o r ien te d   as  s ee n   i n   Fi g u r 1 2 ( b ) .   T h d   an d   q   ax is   s tato r   c u r r en ts   ar s h o w n     in   Fig u r e   12 ( c)   an d   Fi g u r e   1 2 ( d ) .   P e r f o r m a n ce   o f   t h e   cu r r en es ti m ato r   is   p r esen ted   in   Fi g u r e   12 ( e)   an d   Fig u r e   1 2 ( f ) ,   w h ich   r e v ea ls   t h er r o r   b et w ee n   ac t u al  a n d   esti m ated   cu r r en t i s   n e g li g ib l y   s m all.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.