T E L K O M N I K A  T elec o m m un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   18 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0 ,   p p .   3 1 4 2 ~3 1 5 4   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad e  b y   Kem en r is tek d i k ti,  Dec r ee   No : 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI :  1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI K A. v 1 8 i6 . 1 4 5 7 1     3142       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   C o m pa r a t i v e  a n a l y s i s   o f  P I D   an d   neu r a l   ne t w o r k   c on t r o l l e r s  f o r  i m p r o v ing   st a r t in g   t o r qu e  o f   w o un d  r o t o r in d u c t io n   mo t o r       H a s hm ia   Sh .   Da k heel 1 ,  Z a ina b B .   Abdu lla 2 ,  H elen  J a s im   J a wa d 3 ,   Ali J a s im   M o ha mm ed 4   1, 2 De p a rt m e n t  o f  El e c tro m e c h a n ic a l ,   Un iv e rsit y   o f   Tec h n o lo g y   Ba g h d a d ,   Ira q   3 De p a rt m e n t  o f  El e c tri c a l,   Un iv e r sity   o f   Tec h n o lo g y   Ba g h d a d ,   Ira q   4 M in istr y   o f   e d u c a ti o n /Direc to ra t e   o f  v o c a ti o n a l   e d u c a ti o n ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 1 ,   2 0 1 9   R ev is ed   J u n   2 1 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   J u l 9 ,   2 0 2 0       U n l i k e   3 - p h a s e   s q u i r r e l   c a g e   i n d u c t i o n   m o t o r ,   s t a r t i n g - u p   o f   3 - p h a s e   w o u n d   r o t o r   c o u n t e r p a r t   c a n   b e   im p r o v e d   b y   a d d i n g   a n   e x t e r n a l   r e s is t a n c e   t o   t h e   ro t o r   c i r c u i t .   T h u s ,   l e a d s   t o   r e d u c e   s t a r t i n g   c u r r e n t   a n d   i n c r e a se   s t a r t i n g   t o r q u e .   I n   t h i s   p a p e r   t w o   c o n t r o l l e r s   f o r   3 - p h a s e   w o u n d   r o t o r   i n d u c t i o n   m o t o r   h a v e   b e e n   p r o p o s e d   i n c l u d e   c o n v e n t i o n a l   p r o p o r t i o n a l   i n t e g r a l   d e r i v a t i v e   ( P I D )   c o n t r o l l e r   a n d   t h e   o t h e r   b a s e d   o n   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e tw o r k   ( N A R M A - L 2 ) .   A   c o m p a r i s o n   b e t w e e n   t h e s e   c o n t r o l l e r s   h a s   b e e n   c o n d u c t e d .   I t   h a s   b e e n   s h o w n   t h a t   s t a r t i n g   t o r q u e   o f   t h e   m o t o r   h a s   b e e n   i m p r o v e d ,   w h e n   u t i l i z i n g   t h e   n e u r a l   n e t w o r k   c o n t r o l l e r   c o m p a r e d   t o   t h e   c o n v e n t i o n a l   c o u n t e r p a r t .   I t   s h o u l d   b e   n o t e d   t h a t   M A T L A B / S I M U L I NK   h a s   b e e n   u s e d   t o   i m p l e m e n t   b o t h   c o n t r o l l e r s .   K ey w o r d s :   E x t e r n a l   r e s i s t a n c e   (R ext )   N A R M A - L2   P I D   c o n t r o l l e r     S t a r t i n g   t o r q u e   ( T s )   W o u n d   r o t o r   i n d u c t i o n   m o t o r     T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r  th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Hash m in a  Sh .   Dak h ee l ,    Dep ar t m en t o f   E lectr o m ec h a n ical ,   Un iv er s ity   o f   T ec h n o lo g y ,   168  Al - Sin n a’   s tr ee t,  1 0 0 6 6 ,   B ag h d ad ,   I r a q .   E m ail:  h ash im ia. s h r @ y ah o o . c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h e   i n d u c t i o n   m o t o r s   ( I M )   a r e   g r e a t e r   u s e d   t h a n   6 0 %  o f   t o ta l   el e c t r i c  s t r e n g t h   c o n s u m e d   w o r ld w i d e   [ 1 ] .   I M   h a v e   u n i q u e   a d v a n ta g e s   s u ch   a s   s l o w   m a i n t e n a n c e ,   h i g h   r o b u s t n e s s ,   a n d   l o w   c o s t  w h i c h   m a k e s   it   t o   b e   s u i t a b l e  f o r   i n d u s t r i a l   a p p l i ca t i o n s   [2 - 5 ] .   W o u n d - r o t o r   i n d u c t i o n   m o t o r   ( W R I M )   h a s   s o m e   s p e c i f ie d   a p p l i c a t i o n s   t h a t  r e q u i r e s   a   h i g h   t o r q u e ,   a d j u s t ab l e   s p e e d   d r i v es ,   h i g h   i n e r t i a   lo a d s ,   s o   i n   o r d e r   t o   i m p r o v e   th e   p e r f o r m a n c e   o f   W R I M   u s e   s e v e r al   m e t h o d s   o f   r o t o r   c o n t r o l   w h i c h   i n c l u d e   r e s is t a n c e   a n d   i m p e d a n c e   [ 1 ] .   T h e   r o t o r   o f   I M   h a s     3 - p h a s e   w i n d i n g   c o n n e c t e d   in   s t a r ,   a n d   s l i p   r i n g s   a r e   c o n n e c t e d   t o   t h e   r o t o r   w i n d i n g ,   t h e s e   r i n g s   g i v e    t h e   p o s s i b i l it y   o f   c o n n e c t i n g   e x t e r n a l   r e s i s t a n c e   (R ext )   a d d i n g   t o   t h e   r o t o r   t h a t   h e l p s   i n   s p e e d   co n t r o l   o f   W R I M   [ 6 ] .   T h e   a u t h o r s   o f   [ 7 ]   p r es e n t   a  n e w   m e t h o d   f o r   s o f t   s t a r ti n g   o f   I M   i n   r o t o r   c i r c u i t  t h a t  r e p r es e n t e d   i n   a   p a r al l e l  c o m b i n a t i o n   o f   r e s i s t o r s ,   s e l f - in d u c t o r s   a n d   c a p a c i t o r s   t o   o b ta i n   s o f t   a n d   h i g h e r   s t a r ti n g   t o r q u e  (T s )   a n d   s t a r t i n g   c u r r e n t   i s   l i m it e d .   I n   [ 8 ]   t h i s   s tu d y   p r e s e n t s   d i f f e r e n t   m e t h o d s   o f   s t a r t i n g   p e r f o r m a n c e   f o r   3 - p h a s e   w o u n d - r o t o r   I M   t h a t  i n c l u d e  v a r i a b l e  r o t o r   r e s is t a n c e ,   o n l i n e  d i r e c t  a n d   d o u b l e   f e e d   s t a r t i n g   as   w e l l  as   c o m p a r e   t h e m ,   t h i s   s t u d y   a c h i e v e s   h i g h   s ta r t i n g   t o r q u e   b y   u s i n g   d o u b l e   f e e d   s t a r ti n g .   S tu d y   [ 9 ]   r e f e r   t o   d i f f e r e n t   s t a r t e r   c o n n e c t e d   w it h   I M  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l       C o mp a r a tive  a n a lysi s   o f P I D  a n d   n e u r a l n etw o r k  co n tr o ller s   fo r   imp r o vin g . . .   ( Ha s h min a   S h .   Da kh ee l )   3143   w h i c h   r e p r e s e n te d   i n   a u t o - t r a n s f o r m e r   s t a r t e r ,   a n d   d i r e c t - on - li n e   a t   s t a r t i n g   b y   u s i n g   M A T L A B   S I M U L I N K   t o   a n a l y s is   s ta r t i n g   c u r r e n t ,   t o r q u e   a n d   s p e e d   a l s o   c o m p a r e   t h e m .   T h i s   r e s e a r c h   u s e d   d y n a m i c   s i m u la t i o n   o f     s p e e d - c o n t r o l   a n d   s t a r t i n g   f o r   w o u n d - r o t o r   o f   I M   b a s e d   o n   d i f f e r e n t i a l   e q u a ti o n s   f o r   a n g u l a r   v e l o c i t y   a n d   f l u x   l i n k a g e s   [ 1 0 ]   a n d   c o m p a r is o n   b e t w e e n   d e v e l o p e d   m o d e l  w ith   e x p e r i m e n t a l   r es u lt s   i n   l a b o r a t o r y .   I n   s t u d y   [ 1 1 ]   s h o w   u s i n g   c h o p p e r   c o n t r o l   r es is t a n c e   a n d   f e e d b a c k   ci r c u i t   t o   o b t a i n   c o n s t a n t   s p e e d   a n d   c o n s t an t   t o r q u e ,   t h e   s p e e d   f o r   a   g i v e n   l o a d   t o r q u e   m a y   b e  v a r i e d   b y   v a r y i n g   t h e   r o t o r   r es is t a n c e .  T h e r e   a r e   m a n y   t y p e s   o f   c o n t r o l l e r s   c a n   b e  u t i l i z e d   wi t h   t h e   m o t o r s   s u c h   a s   p r o p o r t i o n a l   i n t e g r a l   d e r i v a t i v e   ( P I D )   c o n t r o l l e r ,   t h e s e   c o n t r o l l e r s   a r e   w i d el y   u s e d   i n   i n d u s t r i al   a p p l i c at i o n s   f o r   c o n t r o l   w h i c h   h a v e   a   r e as o n a b l e   p e r f o r m a n c e   a n d   d i f f e r e n t   p l a n t s .     H e n c e ,   t h e   g a i n   p a r a m e t e r s   o f   P I D   c a n   b e   o b t a i n e d   b y   e v o l u t i o n a r y   a l g o r i t h m s   [ 1 2 ] .   B e c a u s e   o f   p a r a m e t e r s   a n d   n o n - l i n e a r   b e h a v i o r   o f   I M ,   t h e  p r o c e s s   o f   c o n t r o l   c o n v e r g e n c e   h a s   m a n y   p r o b l e m s   a t  d i f f e r e n t  c o n d i t i o n s   o f   o p e r a t i n g ,   t h u s   ch o o s e s   a r t i f i ci a l  i n t el l i g e n t  c o n t r o l l e r   ( A I C )   t h a t  r e p r e s e n ts   th e   b e s t  o n e   f o r   I M   c o n t r o l ,   t h e   u s e   o f   a r t i f i c i al   n e u r a l   n e t w o r k s   ( A NN )   f o r   n o n l i n e a r   s y s t e m   m o d e li n g   a n d   c o n t r o l   h a s   d e m o n s t r a t e d   t o   b e   e x t r e m e l y   s u c c ess f u l   b ec a u s e   o f   t h ei r   a b il i t y   t o   l e a r n   t h e   d y n a m i c s   o f   t h e   p la n t ,   r o b u s t n e s s ,   i n h e r e n t  a p p r o x i m a t i o n   c a p a b i l i t y   a n d   a   h i g h   d e g r e e   o f   t o l e r a n c e   [ 1 3 ] .   W i t h   t h e   d e v e l o p m e n t   i n   a r t i f i c ia l   i n t el l i g e n ce   a p p l i c a t i o n s ,   n e u r a l   n e tw o r k   h a s   b e e n   u s e d   i n   i d e n t i f i ca t i o n   a n d   c o n t r o l   o f   l i n e a r   a n d   n o n - l i n e a r   s y s te m s .   T h e   m a i n   a d v a n t a g e   o f   A N N   b a s e d   t e c h n i q u e s   o v e r   c o n v e n t i o n a l   t e c h n i q u e s   is   non - a l g o r i t h m i c    p a r a l l e l - d is t r i b u te d   a r c h i t e c t u r e   f o r   i n f o r m a t i o n   p r o c e s s i n g   t h a t   a l l o ws   i t   t o   l ea r n   a n y   c o m p l e x   i n p u t - o u t p u t   m a p p i n g ,   A N N   i s   e x t r e m e l y   u s e f u l   i n   t h e   a r e a   o f   l ea r n i n g   c o n tr o l   a n d   c a p a b i l it y   o f   l e a r n i n g   b y   t r a i n i n g   d a t a  u n d e r   d i v e r s e   o p e r a ti o n s   c o n d i ti o n s   [ 1 4 ] ,   t h e r e f o r e   t h i s   p a p e r   i n c l u d e s   s t u d y   t h e   e f f e ct   o f   a d d i n g   R ex t   t o   t h e  r o t o r   c i r c u it  o f   W R I M   i n   o r d e r   t o   i m p r o v e  T s   t h a t   is   r e p r e s e n t e d   o n e   o f   t h e   m o s t   c h a r a c t e r is ti c s   o f   I M   a t   s t a r t i n g   o p e r a t i o n   c o n d i t i o n ,   a s   we l l   as   c o m p a r is o n   b e t w e e n   P I D   c o n t r o l l e r   a n d   A N N   ( NA R M A - L 2 )   a t   d i f f er e n t   v a l u e s   o f   t h es e  r e s is t a n c e   i n   o r d e r   t o   i m p r o v e   a n d   o b t a i n   t h e   m a x i m u m   a n d   b e s t   T s   t o   d e v e l o p   p e r f o r m a n c e   o f   W R I M .       2.   ST AR T I NG   T O RQ UE   T h e  s tar tin g   to r q u e  is   o n e  o f   g r ea t  im p o r tan ce   i n   ca s e  o f   d r iv i n g   h ig h - in er tia  lo ad s   th at  is   p r o p o r tio n a l   to   th e  r o to r   r esis tan ce .   I t' s   n ec ess ar y   to   h av e  an   e x ce s s iv e  r esis tan ce   at  s o m e  p o in ts   o f   s tar tin g   p er io d ,   an d   r ed u ce   th e  v alu e  o f   th is   r esis ta n ce   u n til p u t o f f   f r o m   r o to r   cir cu it wh ile  m o to r   r ea ch es to   s te ad y   s tate  ca s e  s o   th at  th e  s tar tin g   cu r r en t  is   u s u a lly   lim ited   in   d r iv e r s   in   o r d er   t o   p r o tect  th e   win d in g   f r o m   th e   o v er   lo a d   cu r r en t   an d   lo w  v o ltag es  at  s tar tin g   an d   b r ea k in g   ca s es  o f   th e  m o to r   [ 7 ] .   T h er ef o r e,   it  is   r eq u ir ed   to   a  s tar ter   in     th e  cir cu it o f   m o to r   a n d   r ed u c ed   th e  ap p lied   v o ltag e   to   th e  m o to r   at  s tar tin g   c o n d itio n   [ 9 ] .       3.   ST AR T I NG   WI T H   E X T E R NAL R E SI ST A NCE   I n   w o u n d - r o t o r   i n d u c t i o n   m o t o r   ( W R I M )   i s   a d d i t i o n a l l y   R e x t   t o   t h e   r o t o r   c i r c u i t   f o r   t h e   d u r a t i o n   a t   s t a r t i n g   a s   a   r e s u l t   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   1   s h o w s   W R I M   w i t h   r o t o r   e x t e r n a l   r e s i s t a n c e   [ 1 5 ] .   W h e n   T s   i n c r e a s e   a n d   r o t o r   c u r r e n t   d e c r e a s e ,   t h a t   i s   v e r y   i m p o r t a n t   t o   o b t a i n   a   m a x i m u m   t o r q u e   ( T max )   a t   s t a r t i n g   c o n d i t i o n ,  t h i s   r e s i s t a n c e   p r o p o r t i o n a l   t o   t h e   s l i p ,   w h e n   t h e   r e s i s t a n c e   v a l u e   i s   h i g h ,   t h e   s l i p   w i l l   b e   i n c r e a s e   i n s t a n t l y ,   f o r   t h a t   r e a s o n   i t   i s   v i a b l e   t o   a t t a i n   " p u l l - o u t "   t o r q u e   e v e n   w i t h   l o w   s p e e d s   [ 1 5 ,   1 6 ] .   W h i l s t   t h e   m o t o r   r e a c h e s   i t s   r a t e d   s p e e d   a s   t h e   R ext   i s   r e m o v e d   a n d   w h e n   t h e   m o t o r   o p e r a t e s   a t   s t e a d y   s t a t e   c o n d i t i o n ,   i t   b e h a v e s   i n   t h e   i d e n t i c a l   w a y   a s   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   m o t o r   [ 1 6 ] .   T h e   v a l u e   o f   r o t o r   r e s i s t a n c e   s p e c i f i e s   t h e   t o r q u e   c o n s e q u e n t l y ;   w h e n   t h e   r o t o r   r e s i s t a n c e   i s   i n c r e a s i n g   a t   a   r e g u l a r   t o r q u e   r e a s o n s   a   p r o p o r t i o n a t e   i n c r e a s e   i n   t h e   m o t o r   s l i p   w i t h   l o w e r   i n   s p e e d   o f   r o t o r ,   b e c a u s e   o f   t h a t ,   t h e   r a t e   f o r   a   g i v e n   l o a d   t o r q u e   c a n   b e   v a r i e d   b y   v a r i o u s   r o t o r   r e s i s t a n c e ,   i t s   i l l u s t r a t e s   a s   s h o w   i n   ( 1 )   a n d   t o   a c h i e v e   h i g h   T s ,   t o   o b t a i n   T max   a t   s t a n d   s t i l l   s h o u l d   b e   c h o s e n   t h e   v a l u e   o f   R 2   i s   a p p r o p r i a t e l y   a s   s h o w n   i n     F i g u r e   2   i n d i c a t e   t o   m e c h a n i c a l   c h a r a c t e r i s t i c   a t   v a r i a b l e   v a l u e s   o f   R ext   [ 1 7 ] .               Fig u r e  1 .   W R I M  with   ex ter n al   r esis tan ce     Fig u r e  2 .   Me ch a n ical  ch ar ac te r is tic  o f   W R I M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l ,  Vo l.  18 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   2 0 2 0 :    314 2   -   315 4   3144   =     2 2 2 2 2 + 2 2 2   ( 1 )       4.   P I D  CO NT RO L L E R   PID   co n tr o ller s   co n s is t  o f   3   f u n d am en tal   co n t r o l  m o d es,   wh ich   ar e   p r o p o r tio n al,   i n teg r al  an d   d er iv ativ e  m o d es,  th ese  m o d es   ar e  ex ten s iv ely   u tili ze d   in   co n tr o l sy s tem   esp ec ially   in   in d u s tr ial  ap p licatio n s ,   th ey   ar e  s im p le  to   im p lem en t  a n d   p r o v id e  g o o d   p e r f o r m an ce .   T h e  p r o ce s s   o f   th is   co n tr o ller   i n clu d es  s et  p o in ts   an d   f ee d b ac k   to   p er f o r m ,   as sh o w  in   ( 2 )   r ef er s   to   t h is   p r o ce s s   in   d o m ai n   tim e  [ 1 8 ].     ( ) =   ( ) +   ∫ ( )  +   0  ( )    ( 2 )     P I D   c o n t r o l l e r   ( p r o p o r t i o n a l   i n t e g r a l   d e r i v a t i v e   c o n t r o l l e r )   is   w i d e l y   u s e d   i n   i n d u s t r i al   c o n t r o l   s y s t e m ,   i t   is   ca l c u l at e s   a n   “ e r r o r ”  v a l u e   a s   t h e   d i f f e r e n ce   b e tw e e n   t h e   m e a s u r e d   p r o c ess   v a r i a b le   an d   t h e   d e s i r e d   s e t    p o i n t   [ 1 9 - 21 ] ,   a   p r o p o r t i o n a l   c o n t r o l l e r   m a y   n o t   g i v e   s t e ad y   s t a t e   e r r o r   p e r f o r m a n c e   wh i c h   i s   n e e d e d   in     t h e   s y s t e m ,   a n   i n t e g r al   c o n t r o ll e r   m a y   g i v e   s t e a d y   s ta t e   e r r o r   p e r f o r m a n c e ,   b u t   i t   s l o w s   a   s y s te m   d o w n .   S o ,     t h e   a d d i t i o n   o f   a   d e r i v a t i v e   t e r m   h e l p s   t o   c u r e   b o t h   o f   t h e s e   p r o b l e m s ,   F i g u r e   3   i l l u s t r a te s   a   b a s i c   b l o c k   o f   P I D   c o n t r o l l e r   [ 2 2 - 24 ].   F i g u r e   4   s h o w s   s i m u l i n k   m o d e l   o f   W R I M   t h a t   i s   p r o p o s e d   i n   t h i s   w o r k   w i t h o u t   a n y   c o n t r o l l e r s ,   a n d   F i g u r e   5   r e f e r s   t o   t h e   m o d e l   w it h   P I D   c o n t r o l l e r   a n d   s u b s y s t e m   i n c l u d e   th e   s i m u l i n k   m o d e l    o f   W R I M .           Fig u r e  3 .   B asic b lo ck   o f   PID   c o n tr o ller           Fig u r e  4 .   Simu lin k   m o d el  o f   W R I M  with o u t c o n tr o ller     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l       C o mp a r a tive  a n a lysi s   o f P I D  a n d   n e u r a l n etw o r k  co n tr o ller s   fo r   imp r o vin g . . .   ( Ha s h min a   S h .   Da kh ee l )   3145       Fig u r e  5 .   Simu lin k   m o d el  with   PID   co n tr o ller       5.   NE URA L   N E T WO RK   CO N T RO L L E R   I n   t h e   r e c e n t   y e a r s ,   ANN   c o n t r o l l e r s   h a s   g i v e n   p e r f o r m a n c e   ef f e c t i v e l y   t o   i m p r o v e   n o n l i n e a r   s y s t e m s .   A N N   is   i m p l e m e n t e d   i n   m a n y   a p p l i c a t i o n s   s u c h   a s   el e c t r i c   p o we r   a n d   t h e r e   a r e   p r o m i s i n g   i n   d e n t i f i c a ti o n / c o n t r o l  s y s te m ,   t h e   s e l f - a d a p ti n g   a n d   n o t a b l e - r a p i d   c o m p u t i n g   f u n c t i o n s   o f   A N N   c a u s e   t h e m   t o   w el l   d e s i r a b l e   t o   d e a l  w i t h   n o n l i n e a r i ti e s   [ 2 5 ,  26] . T h i s   m o d e l   c o n s i s t s   o f   t w o   n e t s ,   t h e   f i r s t   n e t   i m p l e m e n t   is   a   c o n t r o l l e r   a n d   t h e   o t h e r   n e t   s i m u l a t es   a   v e r s i o n   o f   t h e  p l a n t ,   NA R M A - L 2   m o d e l  c a n   b e   u s e d   t o   m o d e l   t h e   p l a n t  p r ev i o u s l y   c it e d ,   u s i n g   t w o   d is t i n ct   n e u r a l  n e t w o r k s ,   it   m a k e s   u s e  o f   a  n o n l i n e a r   i d en t i f i c a ti o n   t o o l .   T h e   n e u r o   c o n t r o l l e r   i s   n o t e d   b y   s p e c i al   n a m e s :   n o n l i n e a r   a u t o - r e g r e s s i v e   m o v i n g   a v e r a g e   a n d   f e e d b a c k   l i n e a r i z a t i o n   c o n t r o l ,   w h i l e   t h e   p l a n t  m o d e l   h a s   a   s e l e ct e d   m et h o d   ( as s o ci a t e  f o r m u l a t i o n ) ,   t h e  p l a n t  m o d e l   c a n   b e   e s ti m a t e d   b y   N AR M A - l 2   c o n t r o l le r   w h e n   t h e   s a m e   f o r m u l a ,   t h e r e f o r e   t h e   o b j e c t   o f   N AR M A - L 2   i s   t o   c o n v e r t   t h e   s y s te m   f r o m   n o n l i n e a r   t o   l i n e a r   d y n a m i c s   s y s t e m   [ 2 7 ] ,   w h e n   u s i n g   t h e   N AR M A - L 2   c o n t r o ll er ,   t h e   f i r s t   s t e p   is   i d e n ti f y   t h e   p l a n t   m o d e l ,   t h at   is   i n c l u d e d   o f   t w o   f u n c ti o n s   f   a n d   g   [ 2 8 ] ,   t h e s e   f u n c t i o n s   a r e   r ep r e s e n t i n g   t h e  p a s t  v a l u es   f o r   e a c h   t h e   o u t p u t   ( y )   a n d   t h e   c o n t r o l   e f f o r t   ( u )   d e t e r m i n e   b y   t a p p e d   d e l a y   l i n e s   ( T D L ) ,   w h i l e   t h e   s e c o n d   s t ep   i n c l u d e s   s i m p l y     t h e   r e a r r a n g e m e n t   o f t h e   t w o   s u b   n e t w o r k s   f   a n d   g   t r a i n e d   o f f l in e ,   a t   t h e   r es u l t t h e  c o m p u t a t i o n   t i m e  is   d e c r e as e   [ 2 9 ] .   F i g u r e   6   c a n   b e   s h o w n   N A R MA - L 2   c o n t r o l   s t r u ct u r e ,   wh e n   u s i n g   t h e   N AR M A - L 2   c o n t r o l l e r ,   t h e   f i r s t   s t e p   i s   i d e n ti f y   t h e   p l a n t   m o d e l ,   t h a t   i s   i n c l u d e d   o f   t w o   f u n c t i o n s   f   a n d   g   [ 2 8 ] ,   t h e s e   f u n c t i o n s   a r e   r e p r e s e n t i n g     t h e   p a s t   v a l u es   f o r   e a c h   t h e   o u t p u t   ( y )   a n d   t h e   c o n t r o l   e f f o r t   ( u )   d e t e r m i n e   b y   t a p p e d   d e l a y   l i n e s   ( T D L ) ,   w h i l e  t h e   s e c o n d   s t e p   i n c l u d e s   s i m p ly   t h e   r e a r r a n g e m e n t   o f   t h e   t w o   s u b   n e t w o r k s   f   a n d   g   t r a i n e d   o f f l i n e ,   a t   t h e   r es u l t  t h e   c o m p u t a t i o n   t i m e   is   d e c r e as e   [ 2 9 ] .   F i g u r e   7   s h o w s   t h e  m o d e l   w h i c h   c o n s is ts   o f   W R I M   w i t h   NA R M A - L 2   c o n t r o l l e r   t h a t   i n cl u d e s   tw o   i n p u t   a n d   o n e   o u t p u t   r e p r e s e n t s   s ta r t i n g   t o r q u e .   T h i s   m o d e l   c o n s is ts   o f   m u l t i   h i d d e n   l a y e r s   v a r i at i o n   w it h   t h e   v a l u e   o f   e x t e r n a l   r e s is ta n c e .           Fig u r e  6 .   NARMA - L 2   co n t r o l   s tr u ctu r e           Fig u r e  7 .   T h e  m o d el  o f   W R I M  with   NARMA - L2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l ,  Vo l.  18 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   2 0 2 0 :    314 2   -   315 4   3146   6.   SI M UL A T I O N  R E S UL T   A ND  DIS C USS I O NS   T h is   p ar t  o f   p ap er   d is cu s s   s im u la tio n   r esu lts   o f   W R I M  u s in g   MA T H L AB   SIM UL I NK  en v ir o n m e n t  wh ich   ac h iev es  r ea l - tim e  o b s er v atio n   to   o b tain   b est  to r q u e   at  s tar tin g   b y   ad d in g   ( R ext )   t o   r o to r   cir cu it  with   v alu es  0 . 0 5 Ω ,   0 . 1 Ω   a n d   0 . 1 5 Ω   b ec au s e  th is   r esis tan ce   led   to   d ec r ea s e  s tar tin g   cu r r en t  an d   th er e f o r e   ( T s )  in cr ea s e  b u t   u p   o f   th is   v alu e   o f   R ext   th e   cu r r en t   b eg a n   to   i n cr ea s e  an d   T s   d ec r ea s e,   also   th is   p a p er   u s e  t wo   d if f er en t  c o n tr o l   tech n iq u es   s u ch   as  co n v en tio n al  c o n tr o ller   ( PID )   co n tr o ller   as  well  as  in tellig en t  co n tr o ller   ( ANN   ( NARMA - L 2 ) )   to   im p r o v e  T s   o f   m o to r   th at  le d   to   d e v elo p   th e   p er f o r m a n ce   o f   t h e  m o to r .   T h e  p ar am eter s   o f   W R I M  co n s id er ed   in   th is   p ap er   ar e  s u m m a r ized   in   t h e  T a b le  1 .       T ab le  1 .   Par am eter s   o f   W R I M   P a r a me t e r s   S p e s i f i c a t i o n   P h a se   3 - P h a se   F r e q u e n c y   5 0   H Z   P o w e r   2 . 2   K W / 3 H P   P o l e   6   Ef f i c e n c y   %   8 1 %   S p e e d   1 0 0 0 R P M   V o l t a g e   o f   s t a t o r   4 1 5   V   W i n d i n g   Y - c o n n e c t i o n   S t a t o r   r e s i st a n c e   0 . 7 3 8 4   Ω   S t a t o r   i n d u c t a n c e   3   mH   R o t o r   r e si s t a n c e   0 . 7 4 0 2   Ω   R o t o r   i n d u c t a n c e   3   M h   M u t u a l   i n d u c t a n c e   0 . 1 2 4 1   H   To r q u e   1 4 . 8 5   N - m   R o t o r   I n e r t i a   0 . 0 3 4 3   K g - m 2       6 . 1 .     Sim ula t i o n r esu lt   wit h R ext   o nly   T h i s   p a r t  o f   s i m u l a t i o n   r es u l ts   s h o w s   u s i n g   e x t e r n a l   r e s is ta n c e   a d d i n g   t o   r o t o r   c i r c u it   ( s t a r -   c o n n e c t i n g )   b y   u s i n g   M a t h L a b / s i m u li n k   m o d e l   i n   o r d e r   t o   i n c r e a s e   T s   o f   m o t o r   w h i c h   l e a d s   t o   b e t t e r   p e r f o r m a n c e ,   t h i s   p a r t   t a k e s   t h r e e   v al u e s   o f   e x t e r n a l  r e s is t a n c e  w h i c h   a r e   R e xt   ( 0 . 0 5 Ω ,   0 . 1 Ω   a n d   0 . 1 5   Ω ) ,   i n   t h is   ca s e   s t a r t i n g   t o r q u e   v a l u e s   i n c r e as e   w it h   a d d i n g   e x t e r n a l   r e s i s ta n c e   a n d    e q u a l   t o   ( 7 2 2 N . m ,   1 1 4 0 N . m ,   a n d   1 2 3 2   N . m )   r e s p e c ti v e l y ,   F i g u r e   8   s h o ws   s i m u l at i o n   r es u l t s   o f   m o d e l   w i t h o u t  a n y   c o n t r o l l e r   al s o   T a b l e   2   i n d i c at e   t h e   v al u e s   o f   T s   at   t h e s e  d i f f e r e n t   v a l u e s   o f   R ext .            ( a)   ( b )         ( c)     F i g u r e   8 .   S i m u l a t i o n   r e s u l t   w i t h o u t   c o n t r o l l e r ;  ( a )   T s   a t   R e x t   =   0 . 0 5   Ω ,   ( b )   T s   a t   R e x t   =   0 . 1   Ω ,   ( c )   T s   a t   R e x t   =   0 . 1 5   Ω   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l       C o mp a r a tive  a n a lysi s   o f P I D  a n d   n e u r a l n etw o r k  co n tr o ller s   fo r   imp r o vin g . . .   ( Ha s h min a   S h .   Da kh ee l )   3147   T ab le  2 .   Simu latio n   r esu lt with o u t  co n tr o ller   R e x t   ( Ω )   T s   ( N . m)   0 . 0 5   7 2 2   0 . 1   1 1 4 0   0 . 1 5   1 2 3 2       6 . 2 .     Sim ula t i o n r esu lt s   by   us ing   P I D  co ntr o ller   T h is   p ar t  o f   p ap e r   d ea ls   with   u s in g   PID   co n tr o ller   to   im p r o v e  ( T s )   th an   th e  f ir s t  ca s e  ab o v e,   b y   u s in g   th is   co n tr o ller   T s   in cr ea s e  to   1 7 5 4   N - m   W h en   R ext  =  0 . 0 5   Ω   wh ile  th e  v alu es  o f   co n s tan t  g ain s   o f   PID   co n tr o ller   wh ich   r ep r esen ted   in   p r o p o r ti o n al  g ain   ( K P =3 ) ,   in teg r al  g ain   ( K i   =   1 )   an d   d er i v ativ e  g ain   ( K d   =   0 . 0 0 1 )   also     th e  v alu e   o f   T s   eq u al  to   1 8 4 0 N . m   wh en   R ext   =   0 . 1   Ω   an d   2 0 8 0 N. m   at  R ex t   =   0 . 1 5   Ω ,   Fig u r e   9   s h o ws  th ese  r esu lts   b y   u s in g   PID   co n t r o ller .   T ab l e  3   in d icate s   to   th e  v alu es  o f   co n s tan t  g ain s   f o r   PID   co n tr o ller   an d   T s   f o r   ea ch   v alu e  o f   R ext .           ( a)   ( b )         ( c)     F i g u r e   9 .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   w i t h   P I D   c o n t r o l l e r ,   ( a )   T s   a t   R e x t   =   0 . 0 5   Ω ,   ( b )   T s   a t   R ex   t   =   0 . 1   Ω ,   ( c )   T s   a t   R e x t   =   0 . 1 5   Ω       T ab le  3 .   C o n s tan t g ain s   o f   PI D  an d   T s   R e x t   ( Ω )   G a i n s   o f   P I D   Ts   ( N . m)   0 . 0 5   K P = 3 ,   K i = 1 ,   K d = 0 . 0 0 1   1 7 5 4   0 . 1   K P = 5 ,   K i = 1 ,   K d = 0 . 0 0 1   1 8 4 0   0 . 1 5   K   P = 3 ,   K i = 2 ,   K d = 0 . 0 0 1   2 0 8 0       6 . 3 .     Sim ula t i o n r esu lt   by   us i ng   NARMA - L2   T h is   p ar t  o f   p ap er   d is cu s s   u s in g   ar tific ial  n eu r al  n etwo r k   ( NARMA - L 2 ) ,   th is   in telleg r n t   tech n iq u e   ac h iev es   im p r o v in g   T s   th an   t wo   o th er   p r ev i o u s   ca s es  b y   o b tain in g   h ig h er   T s   i n   o r d er   to   d ev elo p   p e r f o r m an ce   o f   W R I M ,   th is   n etwo r k   is   co n t r o lled   b y   n etwo r k   ar ch itectu r e  wh ich   r ep r esen ted   b y   n u m b er   o f   d elay ed   p la n t   in p u t,  n u m b er   o f   d elay ed   p la n t  o u tp u t  an d   s ize  o f   h id d e n   la y er s ,  in   ad d itio n   to   tr ain in g   d a ta  to   g et  s im u latio n   r esu lt s .   A ls o   th is   p ar t  co n s is ts   o f   th r ee   s tates  in clu d e  t h r ee   d if f er en t  v al u es  o f   R ext   ( 0 . 0 5 Ω ,   0 . 1 Ω   an d   0 . 1 5   Ω )   an d   NARAMA - L 2   is   tr ain ed   a t e ac h   ex ter n al  r esis tan ce   v alu e  to   o b tain   h ig h est s tar tin g   to r q u e.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l ,  Vo l.  18 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   2 0 2 0 :    314 2   -   315 4   3148   6 . 3 . 1 .   Sim ula t io n r esu lt   a t   R e xt   =   0 . 0 5   Ω   T h is   p ar t  r ef er s   to   s im u latio n   r esu lts   o f   th e  m o d el  b y   u s in g   NARMA - L 2 ,   th e  v alu e  o f   s tar tin g   to r q u e   wh ich   eq u al   to   1 9 4 0   N. m   an d   n u m b er   o f   d elay e d   p la n t  in p u t   an d   o u tp u t  o f   NARMA - L 2   th at   eq u al  to   4   an d   3   r esp ec tiv ely   wh ile  s ize  o f   h id d en   lay er s   =  1 3 ,   s am p lin g   i n ter v al  =   0 . 0 0 1 ,   tr ai n in g   s am p les   =   3 0 0 0 ,   m ax im u m   p lan t  in p u t  =   4 ,   m in im u m   p lan t  in p u t   =   - 1 ,   m i n im u m   p lan t   o u tp u t  =   0 . 2 ,   m ax im u m   i n ter v al  v alu e  =1 ,   m in im u m   in ter v al  v alu e  =   0 . 1 ,   F ig u r e  10   s h o ws  th ese  s im u latio n   r esu lts   in clu d e  n eu r al  n etwo r k ,   p lan t  id en ti f icatio n - NARMA - L2   in   ( a) ,   ( b )   wh ile  ( c)   in d icate   to   T s  ,   as  well  as  ( d ) ,   ( e) ,   a n d   ( f )   s h o w  ea ch   o f   t r ain in g ,   test in g   an d   v alid atio n   d ata  f o r   NARMA - L 2 ,   wh er as  ( g ) ,   ( h ) ,   an d   ( i)   s h o w  n eu r al  n etwo r k   t r ain in g   f o r   ea ch   p er f o r m an ce ,   s tate  an d   r eg r ess io n .             ( a)   ( b )           ( c)   ( d )         Fig u r e  1 0 .   Simu latio n   r esu lts   b y   u s in g   NARMA - L 2   at  R   ex t   =   0 . 0 5   Ω ; ( a)   n eu r al  n etwo r k ,     ( b )   p la n t id en tific atio n - NARMA - L 2 ,   ( c)   T s   =   1 9 4 0   N. m ,   ( d )   tr ain in g   d ata   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l       C o mp a r a tive  a n a lysi s   o f P I D  a n d   n e u r a l n etw o r k  co n tr o ller s   fo r   imp r o vin g . . .   ( Ha s h min a   S h .   Da kh ee l )   3149       ( e)   (f)         ( g )   ( h )         ( i)     Fig u r e  10 .   S im u latio n   r esu lts   b y   u s in g   NARMA - L 2   at  R   ext   =   0 . 0 5   Ω ;   ( e)   test in g   d ata,   ( f )   v alid atio n   d ata ,     ( g )   tr ain in g   p e r f o r m an ce ,   ( h )   t r ain in g   s tate,   ( i)   tr ain i n g   r e g r e s s io n   ( co n tin u e)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l ,  Vo l.  18 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   2 0 2 0 :    314 2   -   315 4   3150   6 . 3 . 2 .     Sim ula t io n r esu lt s   a t   R ext   =   0 . 1   Ω   I n   th is   p ar t   s im u latio n   r esu lts   s h o w  wh en   R ext   in cr ea s es   to   0 . 1   Ω   an d   by  tr ain in g   NARMA - L 2 ,   we  g et  h ig h er   s tar tin g   to r q u e   co m p a r ed   to   p r e v io u s   ca s e  wh en   R   ext   =   0 . 0 5   Ω   a n d   t h e  v alu e  o f   s tar tin g   to r q u e   r ea ch es   2 1 5 0   N. m ,   F ig u r e  1 1   s h o w s   s im u latio n   r esu lt  o f   m o d el ,   ( a )   r ef er s   to   p lan t  i d en tific atio n - NARMA - L 2   with   n u m b er   o f   b o th   d elay ed   p lan t  in p u t  an d   o u t p u t  o f   NARMA - L 2   wh ich   e q u al  to   2 , 3   r esp ec tiv ely ,  wh er ea s   s ize   o f   h id d e n   lay er s   =  8 ,   ( b )   s h o w s   th e  v alu e  o f   T s ,   also   ( c) ,   ( d ) ,   ( e)   r ef er   to   d ata  f o r   NARMA - L 2 ,   as  well  as  (f),   ( g ) ,   an d   ( h )   s h o w  n etwo r k   tr ai n in g   n e u r al  f o r   ea ch   p er f o r m a n ce ,   s tate  an d   r e g r ess io n .     6 . 3 . 3 .     Sim ula t io n r esu lt s   a t   R ext   =   0 . 1 5   Ω   Fig u r e  1 2   r e f er s   to   s im u latio n   r esu lts   wh ich   in d icate   t o   in c r ea s e  T s   to   2 2 0 0 N. m   a n d   n u m b er   o f   d ela y ed   p lan t  in p u t  an d   o u t p u t  =  4 . 3   r e s p ec tiv ely   wh ile  s ize  o f   h id d e n   lay er   =  9 ,   in   t h is   p ar t  we  o b t ain   h ig h er   a n d   b est  v alu e  o f   T s   th a n   two   o th er   ca s e s .   T ab le  4   s h o ws  al l  s im u latio n   r esu lts   b y   u s in g   NARMA - L 2   in clu d e  T s ,   n u m b er   o f   d elay ed   p la n t  in p u t  an d   o u t p u t  as  well  as  s ize  o f   h id d en   lay er   f o r   ea ch   ca s e.   T ab le  5   s h o ws  th e  co m p ar is o n   o f   s im u latio n   r esu lts   b y   u s in g   (R ext )   ad d in g   to   r o to r   cir cu it  o f   W R I M  at  th r ee   ca s e s   wit h o u t  co n tr o ller   an d   with   two   tech n iq u es  in clu d e  co n v e n tio n al  PID   co n tr o ller   an d   ar ti f icial  n eu r al  n etwo r k   ( NARMA - L 2 ) ,   th ese  r esu lts   in d icate   to   NARMA - L 2   c o n tr o ller   g iv es  h ig h er   v alu e  o f   T s   t h an   two   o th er   ca s es  u n d e r   th e  s am e  v alu e  o f   R ext .  Fro m   ab o v e  we  co n clu d e  o n e  o f   th e  way s   to   in cr ea s e  T s   in   W R I M  i s   ad d in g   R ext   to   r o to r   cir cu it  b y   d ec r ea s e   s tatin g   cu r r en t in   o r d e r   to   im p r o v e  th e  p er f o r m an ce   o f   th e   m o to r .           ( a)   ( b )           ( c )   ( d )     Fig u r e  1 1 .   Simu latio n   r esu lts   b y   u s in g   NARMA - L 2   at  R ex t  =  0 . 1   Ω ; ( a )   p lan t  o f   NARMA,     ( b )   T s   =   1 9 4 0   N. m ,   ( c)   tr ain in g   d ata,   ( d )   test in g   d ata   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l       C o mp a r a tive  a n a lysi s   o f P I D  a n d   n e u r a l n etw o r k  co n tr o ller s   fo r   imp r o vin g . . .   ( Ha s h min a   S h .   Da kh ee l )   3151       ( e)   (f)           ( g )   ( h )     Fig u r e  1 1 .   Simu lati o n   r esu lts   b y   u s in g   NARMA - L 2   at   R ext  =   0 . 1   Ω ;  ( e )   v alid atio n   d ata,     (f)  t r ain in g   p er f o r m a n ce ,  ( g )   t r ain in g   s tate,   ( h )   t r ain in g   r eg r e s s io n   ( co n tin u e)           ( a)   ( b )       F i g u r e   1 2 .   S i m u l at i o n   r e s u l t s   b y   u s i n g   N AR M A - L 2   at   R ext   =   0 . 1 5   Ω ;     ( a )   p l a n t   o f   N AR M A ,  ( b )   T s  =   2 1 5 0   N . m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.