I n t ern a t i o n a l  J o u rn a l  o f  E l ect ri ca l  a n d  C o m p u t er E n g i n eeri n g  ( I J E C E )   V o l.   8 ,  No .   5 O c t obe r   20 1 8 ,  p p.  28 94 ~ 2 903   I S S N :  2088 - 8708 D O I :  10. 11 591/ i j ece . v8 i 5 . pp 289 4 - 2903          2894       Jou r n al   h om e p age h ttp : //ia e s c o r e . c o m/ j our nal s / i nde x . php/ I J E C E   S i m ula t io a nd A na ly s is   o f  M o dif ie d D TC   o P M SM       D.   Ki r a n  Ku m a r G.   Tu l a si   R a m  D a s   D ep ar t m en t  o f  E l ect r i cal  an d   Ele c tr o n ic s   E ng i ne e r i ng ,   J N T U H  C ol l e g e  of  E ng i ne e r i ng ,  I ndi a       A rt i cl In f o     AB S T RAC T     A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   J un   5 ,  201 7   Re v i se d   De c   2 3 ,  2 01 7   A ccep t ed   J ul   25 ,  201 8       T h i s  r es ear ch  p ap er  d es cr i b es   th e  s i m u la tio n  a n d  a n a ly s is   of  t he  m odi f i e d   D T C  fo r   S u r f ace  m o u n t ed  P er m an e nt  M a g ne t   S y nc hr ono us   M ot or   ( SP M S M)   us i ng   P I c o n t ro l l e r.   A m ong  a l l o f  th e  v a r io u s  d r iv e   s y s te m s , P M S M   is  w id e l y   u s ed  f o r  acc ur a t e  s pe e d a nd t or q ue  c ont r ol ,  w i t g r eat er  e f f i ci en c y ,  s u p er i o r   t or q ue  t o i ne r t i a  a nd  hi g h p ow e r  de ns i t y . T he  C onv e nt i ona l  D T C  s e c he m e   w i de l y  us e d f or  t hi s  pur pos e   but   i t  i s  f a i l e d t o a c hi e v e  de s i r a bl e  pe r f or m a nc e   of  t he  s y s t e m   f or   w hi c h t he   m odi f i e d D T C  s e c he m e  i s  pr ops e d. T he   m odi f i e D TC   a lg o r ith m   c o n tr o ls  t h e  v o lt a g e  v e c to r s ,  d ir e c tly   f r o m  a  s i m p le  lo o k  u p   t a bl e  de pe nd i ng  on  out c om e  o f  t he  t or que  a nd i nd i r e c t l y   f l ux   c ont r ol l e r s . T he   o v e r a ll d r iv e  s y s te m  c a n  b e  im p le m e n te d  in  S I M U L I N K /M A T LA B   e nv i r onm e nt . T he   m odi f i e d D T C  i s  v a l i da t e d w i t h l oa di ng  c ond i t i ons . T he   s i m ul a t e d r e s ul t s  a r e   f oc us e d on t he  s pe e d,  s e t t l i ng  t i m e  a t  l oa de c ondi t i o ns t or q ue  a nd  f l ux  l i nk a g e s  r i ppl e  a nd T H D  i t he   pha s e  c ur r e nt  f or  m odi f i e d   D T C  a p p l i e d  t o  S PMSM.   Ke y wo rd :   H y st e r e si s b a n d s ,   M odi f i e d D T C ,   P er cen t ag e o f  T H D ,   P e r m a ne nt  m a gne nt ,   S ync hr o no us   m ot or ,   P c o n tr o lle r ,   T h e f as t  t o r q u e r es p o n s e .   C opy r i g ht  ©   201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   D.   Ki r a n  Ku m a r ,     D ep ar t m en t  o f  E l ect r i cal  an d   E l ect r o n i cs  E n g i n eer i n g ,   J a w a ha r l a l  N e hr uT e c h no l o gi c a l  U ni ve r s i t y,     H y d er ab ad ,  T el an g an   S ta te ,  I n d ia - 500085 ,  I n di a .   E m a il: k ir a n n k u m a r 9 @ g m a il. c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e l as t  f e w  d ecad es ,  P er m an en t   Mag n e n t   S y n c h r o n o u s  M o t o r  ( P M S M )  h as  acq u i r ed  m o r p o p u l ar i t y  i n   f ar  r a n g i n g  ap p l i cat i o n  a n d  i n  t h e a u t o m at i o n  s ec t o r  b ecau s e  o f   i t s  co m p ac t   s i ze,   h i g h   e f f ic ie n c y ,   s m a ll i n e r tia  a n d   h ig h  r e lia b ilit y   w h ic h  i s   g r e a te r  th a n  t h e  i n d u c t io n  a n d  d c   m o to r s  [ 1 ] .  I t h a s   si m i l a r  pr ope r t i e s  l i k e  W ou n d  R ot or  S y n c h r on o u s   m ot or  e xc e pt  t h a t  t h e  P M S M  h a s  n o d a m pe r   w i n di n gs   an d  t h e P er m an e n t   m a g n et s  ar e u s ed  t o  p r o v i d e t h e ex ci t at i o n  t o  t h m o t o r  i n s t ead  o f   f i el d  w i n d i n g  [ 2 ] .   T h e  D ir e c t T o r q u e  C o n tr o l ( D T C )  is  a  v ia b le  c o n tr o l a lg o r ith m  f o r  S P M S M .  I t d o e s   n o t r e q u ir e   cu r r en t  co n t r o l l er  an d   n o   m o t o r  p ar am et er s  e x cep t  t h e s t at o r  r es i s t a n ce,   w h i ch   g i v es   t h m o r e b e n i f i t s  s u c h   as  l es s  p ar a m et er s  d ep en d e n c y ,  s i m p l i m p l e m e n t at i o n  an d   f as t  d y n a m i c t o r q u e r es p o n s e [ 3 ] . T h e t r ad i t i o n al   D T C a d o p t s  hys t e r e s i s  b a nd s   c o nt r o l  s t r a t e g y f o r  i m p l e m e nt a t i o n.  B ut  t hi s   m e t ho d  c a n no t   m e e t  t he  s ys t e m   r e qu i r e m e nt s   f or  bot h  t h e  t or qu e  a n d   f l u x  l i n k a g e at  t h e s a m e t i m g en er at e s  l ar g e  f l u ct u at i ons  of  f l ux  l i n ka ge  a nd  t o r q ue   by  s y s t e m   w hi c h  l e a ds  t o pr obl e m   o f  p ul s e  c ur r e nt  a nd  c a us e s  s w i t c hi n g no i s e  d ue  t c ha n ge  i n s w i t c hi n g f r e q ue nc y  [ 4 ] , [5 ] .     I n  or de r  t o ov e r c o m e  t h e s e  i s s u e s  t h e   m odi f i e d D T C   m e t h od i s  de v e l ope w i t h ou t  us i n g s w i t c h i ng  t a b l e s ,  t o  r e d uc e  t he   f l uc t ua t i o ns  o f  t he  t o r q ue  a nd   f l ux  l i n ka ge s  o f   t he   s ys t e m  a nd  T H D  %  i t he  c ur r e n t   s p e c tr u m  o f  s ta to r   w i n d i n g   is  lo w . I n  a d d itio n  to  a c h ie v e  th e  f a s t to r q u e  r e s p o n s e   w it h  i n d ir e c t f l u x   c o n t ro l l e rs  [6 ].   I n  t h i s  p ap er ,  f i r s t  t h m at h e m at i cal   m o d e l i n g  o f  P M S M   h as  b ee n  d ev el o p ed .   T h en  t h s i m u l a t i on  of   m odi f i ed  D T C  o f  P M S w i t h  t w o  l e v el  i n v er t er   i s  c a rri e d  o u t  u s i n g  S IM U L IN K / M AT L AB .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       Si m ul at i on  a nd A nal y s i s  of  M odi f i e d D T C  of  P M SM  ( D .  K i r an K um ar )   2895   2.   M A TH EM A TIC A L M O D ELIN G  O F  P ER M AN E N T   M AG N E T  S YNCH RO NO US  M O T O R   T h e p er m an e n t   m a g n e t s  o f  P MS M  ar e o f  a  m o d er n  r ar e ea r t h  v ar i et y  a n d  i t  h a s  h i g h  r es i s t i v i t y ,   s o   t he   i nd uc e d   cu r r en t s   o f  r o t o r  ar e n eg l ect ed .   H o w e v er  t h P MS M p r o d u ces  t h e r o t o r   m ag n et i c f l u x   w i t h   p e r m a n e n m a g n e ts  a tta c h e d  to  th e  r o to r .   I t  ha s  s up e r i o r  a dva nt a ge s  t o  o b t a i n hi g h e f f i c i e nc y .  T he  s t a t o r  o f   t h e P MS M  an d  t h e W o u n d  R o t o r  S y n ch r o n o u s  M o t o r  ar e s a m e.  T h e d - q  r ef er e n ce  f r a m e t h eo r y  o f f er s   s ig n i f ic a n t c o n tr o l s y s te m  d e s i g n  b y   tr a n s f e r r in g  t h e  s ta tio n a r y   v a r ia b le s  to  r o ta tin g  r e f e r e n c e  f r a m e .             F i g ur e  1 .   Cr o ss  se c t i o n a l  v e i w  o f   s u r f ace m o u n t ed   p er m e n t  m ag n et  m ac h i n e       D e pe n di ng  on  d - q  r ef er en ce f r a m t h eo r y   f r o m  F i g u r e 2 .  t h e m a t h e m at i ca l  eq u at i o n s  o f  P M S M [ 7 ]   can  b e ex p r es s ed  as  f o l l o w i n g   as  i n .           F i g ur e  2 .   S t at o r  an d  r o t o r  f l u x   l i n k ag e s  i n  d i f f er en t  r ef er e n ce  f r a m e s       V d   =   R d I d + d λ d d t ω r λ q                                                                                              (1                                                                                                                                                                   =   +  + λ                               (2     w h er e R d   a nd  R q   ar t h e  D i r ec t  an d   Q u ad r at u r e ax i s   w i n d i n g  r es i s t a n ces   w h i c h  ar e eq u al  a n d  r ef er ed  a s   R s  i n   t h s t at o r  r es i s t a n ce. T h e ex c i t at i o n  o f  P M S M can  b m o d el e d  as  a co n s t a n t  c u r r en t   s o u r ces  an d  t h e q u ad r at u r c u r r e n t   i t h e   r ot or   i s   z e r du e   t n f l u a l o n g   q ua d r a t ur e   a xi s   i t he   r o t o r .   B t hi s   a s s u m p t i o n,   t he   f l u l i n ka ge s  a r e  d e r i ve d  a s  f o l l o w i ng a s  i       λ   = L d I d + λ f I                                                                                                                                                                                                                        ( 3)                                                                                                                                                                                              λ q   = L q I q                                                                                                                                                                                                                                         ( 4)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   289 4   -   2903   2896   w h er i s  r ot or  f l u x  a l ong   d a x i s  a n d L d   a nd  L q   ar e t h e D i r ect  an d  Q u ad r at u r e ax i s  s y n ch r o no us   i n d u ct a n ce.  F o r  a s u r f ace  m o u n t ed   m ach i n e ( S P MS M )   w i t h  u n i f o r m  ai r  g ap   L d   = L q = L s.   a n d  S u b s titu t in g   e qu a t i on  ( 3)  a n d ( 4)  i n  e qu a t i on s  ( 1)  a n d ( 2)  t h e n  obt a i n e d [ 8]  a s     =   +    q                               `                                                                                                                         (5                                                                            = +  + + f                                                                                                                               (6 )     T h e E l ect r o m a g n et i c t o r q u e d ev el o p ed  b y  t h m o t o r  i s  g i v e n  b y  eq u at i o n  ( 7 )         = 3 2 ( + )                                                                                 (7 )       A nd  t h m ech a n i cal  t o r q u e T e i s  ex p r es s ed   as  eq u at i o n  ( 8 )       .    = +        (8 )     W he r e     =  n o.  of  pol e s                   λ f       =   m a g n e tic  f lu x ,  w b                    ω r     r o to r  s p e e d  in  e le c tr ic a l r a d /s                    T   = E l ect r o m a g n et i c t o r q u e,  N m                    T L     =  L oa d t or qu e                    J     =  M o m e n t o f  I n e r tia                      =  F r ic tio n  c o e f f ic ie n t   T h e   s ta to r   f lu x e s   o f   α - β   a xi s   f or   m ot or   [ 9] , [ 10 ]  a r e  gi ve n a s   e q ua t i o ns  ( 9 )  a nd  ( 1 0 )       λ α   = ( V α R S I α ) d t                                                                                                                                                                                                        (9 )     = (   )                   ( 10)     T h e  s t a t o r  f l u x e s  o f  α - β   a x i s   a r u s ed   f o r   d et er m i n t h s ect o r   o f   t h f l u x   v ect o r   an d   t h c i r cu l ar   t r aj ect o r y   o f  s t at o r  f l u x  i s  d i v i d ed  i n t o  s i x  s ect o r s  ar e r ef er r ed  t o  i n v er t er  v o l t ag v ect o r s . T h en  b as ed  o n  eq u at i o n s  ( 9 )   a n d ( 10)  t h e  m a gn i t u de  of  t h e   e s t i m at ed  s t at o r  f l u x  a n d  s ect o r  [ 5 ]  a r e cal cu l at ed  as   e qu a t i on  ( 11)     | | =   2 + 2                       ( 11)       =   ta n 1 (       )                 ( 12)       3.   TH E P R I N C I P LE O F  O P E R A TIO N  O F  M O D I F I ED  D TC   T h e  ba s i c   w or k i ng  pr i n c i pl e   of   ope r a t i on  of   c onv e nt i on a l   D T C  i s  ba s e d on   t h e er r o r s   b et w ee n   es t i m at ed  an d  r e f er en ce  v al u e s  o f  t o r q u e a n d  s t at o r  f l u x  l i n k ag e s .  T h i s   m e t h od i s   v e r y  popu l a r  du e  t o i t s   s i m p lic it y ,   hi g e f f i c i e nc y a nd  r o b us t ne s s .  H o w e ve r ,  i n t r a d i t i o na l  D T C  t he   c ur r e nt  c o nt r o l l e r   is  a   n o r eq u i r ed .  I n t hi s   m e t ho d ,   it g e n e r a te s   l a r ge   f l uc t ua t i o ns  o f   f l ux  l i nka g e a n d  t o r q u e b y   m o t o r   w h i ch  cau s es   pr obl e m  of   c ur r e nt   a nd  s w i t c h i ng  no i s e  d ue  t o   hi g he r  s w i t c h i ng  f r e q ue nc y  c ha nge .   T h e   m odi f i e d D T C   m e t h od i s  i m p l e m e n t e w i t h o u t   u s i ng s w i t c h i n g t a bl e s ,   hy s t e r e s i s   ba n ds  a s   Fi g ur e   3   s ho w b e l o w   a nd   t h ab s en s ce  o f   s w i t c h i n g   t ab l e   an d   h y s t er es i s   b an d s   s i g n i f i c an t l y   r ed u ce  t h t or qu e  a n f l u x l i n k a g e  r i ppl e s .  M ov e r e v e r ,  t h e  pe r c e n t a g e   of  T ot a l  H a r m on i c s  D i s t or t i on of   S t a t or   w i n di ng  cu r r en t   s p ect r u m  i s  l o w   an d  i t  r eq u i r e l es s   s et t l i ng  t i m e  f or  r ot or  s pe e w h e n t h e  l oa d i s  a ppl i e d. T h e  fa s t   t o r q u e r es p o n s e can  b e ach i e v ed   w it h  in d ir e c t   fl u x   c o n tr o lle r s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       Si m ul at i on  a nd A nal y s i s  of  M odi f i e d D T C  of  P M SM  ( D .  K i r an K um ar )   2897       F i g ur e   3 .   S c h e m a tic  d ia g r a m   o f   m o d if ie d  D T C  o f  P M S M   w ith  P I   c o n tr o lle r   u s in g  t w o  le v e ls   In v e rt e r         3. 1.   V e c t or  M od u l at i on   V ect o r   m o d u l at i o n  can  b e i m p l e m e n t ed   w i t h  t h e t o r q u e co m p ar at o r  an d  s ect o r  w h i ch  i s   d e te r m in e d  f r o m   t h e   s ta to r   f lu x   v e c to r s . T h r e e  bl oc k s  of  L ook   U p T a bl e s   (2 - D )  ar e u s ed  f o r   i m p le m e n ta tio n  o f  c o d e   w it h  th e  s w itc h i n g  s ta te s  o f  t w o   le v e l v o lta g e  s o u r c e  i n v e r te r   a s  s ho w n i F i g ur e  4 .   T h e s e  a r e  a p pl i e d t t h e  c or r e s pon di n g  l ook   u p t a bl e s  f or   al l  s i x  s ect o r s  ar e i n  F i g u r e 5 .           F i gu r e  4.   I m p le m e n ta tio n   o f  ve c t or  m odu l a t i on   f or   m odi f i e d   DT C       W he r e   i n  t h s ect o r  s el ect i o n   o f  S p ace v ect o r   m o d u l at i o n  f o r  t w o  l ev el  i n v e rt e r [1 1 ] a s  i n  F i g u re   5           F i g ur e   5.   S ect o r  s el ect i o n  o f  S p ace V ect o r  M o d u l at i o n   3. 2.   T w o  L ev el  V o l t a g e  S o u rce I n v ert er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   289 4   -   2903   2898     T h ci r cu i t   o f   t h r ee  p ha s e   t w o   l e ve l   V S I  i s  s ho w n i n   F ig ur e   6 .   T h e   in p u o f  c ir c u it  i s   D C   vo l t a ge   V dc   a n t h e   ou t put   vol t a g e s   a r e   a ppl i e t t h e   S P M S M   as   l o ad .   T h s t at o r   f l u x   o f   m o t o r   i s   c o nt r o l l e d  b y   vo l t a ge   ve c t o r s .  T he  r o t a t i o n o f  s t a t o r  f l u x i s   hi gh t he n a c hi e ve d  t he   f a s t  t o r q ue  r e s p o ns e .           F i g ur e  6 .   T h r ee  p h as e t w o  l ev el   V S I i n  S IM U L IN K  (M A T L A B )       3. 3.   P I  C o n t r o lle r   A   P I  co n t r o l l er  i s  u s ed  t o  es t i m at e t h e t o r q u f r o m   t h e d i f f e r en ce b et w een   t h e r e f er en ce a n d  act u a l   s pe e d of  t h e   m ot or  [ 12]  a s  s h ow n i n  F i gu r e  7.   T h e p ar am et er s  o f  P I  co n t r o l l er  K p   a nd  K i   s hou l d be   m a t c h e an d  t o  ach i ev e t h e h i g h  p er f o r m an ce o f  t h e d r i v e s y s t e m . T h m o s t  o f  t h e cas e s ,  a l ar g e v al u e o f  K p   w ill   accel er at e t h e d y n a m i c r es p o n s e o f  t h s y s t e m  an d  K v al u e i n f l u e n ce t h e s t at i c er r o r .              F i gu r e  7.   B l oc k  da i g r a m  of  P I   c o n r o lle r         4.   S I M UL AT I O N A ND ANA L YS I S  O F  RE S U L T S   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       Si m ul at i on  a nd A nal y s i s  of  M odi f i e d D T C  of  P M SM  ( D .  K i r an K um ar )   2899   T h e   ov e r a l l   s y s t e m   c ons i s t i ng   of   t h e   m ode l i n of   S P M S M ,   e s t i m a t i on  of   s t a t or   f l ux   a n t or qu e   b l o ck ,  d et er m i n at i o n  o f   s ect o r ,  co m p ar at o r ,  V ect o r   m o d u l at i o n  an d  t h r ee p h a s e t w o  l e v el  i n v er t er   w h i c h  ar m ode l e d ba s e d on   m at h e m a t i cal  eq u at i o n s   f r o m  eq u at i o n s   ( 1 )     ( 1 2 ) .  I n  t h i s  p ap er ,  t h e m o t o r  p ar am et er s   ar e co n s i d er  [ 9 ] , [ 1 3] , [ 14 ]  a s  s ho w n T a b l e  1 .   T h e  s i m u l a t i on bl oc k  di a g r a m  f or   m odi f i e d D T C  f or  S P M S M   w it h  P I  c o n tr o lle r  r e p r e s e n te d  in  b e lo w   F ig u r e  8 .       T ab l e 1 .   T he   S p e c if ic a tio n   o f  SP M SM   M o t o r P a ra m e t e rs   S ym b o l s   V a l u es   S ta to r  R e s is ta n c e   Rs   2 . 8 7 5 Ω   D  A x i s   I n d u ct an ce   Ld   0 . 0 0 8 5 H   Q  A x i s   I n d u ct an ce   Lq   0 . 0 0 8 5 H   F l u x  i nd u c e d   i n S P M S M   λ f   0 . 1 7 5  w b   Mo m e n t u m  o f  I n e r tia   J   0 . 0 0 0 8  K g - m 2   F r ic tio n  F a c to r   B   0 . 0 00 1   P o l es   P   4           F i g ur e  8 S i m u l a t i o n  bl oc k  di a g r a m  of   m odi f i e d D T C  of  S P M S M       B y  us i ng  M A T L A B /  S I M U L I N K ,  T h e  ou t p u t   w a v e f or m s  of   m odi f i e d D T C  f or  S P M S M  a r e   c om pa r e w i t h  t h e  c on v e n t i o n a l  D T C  i n  v i e w  of  s pe e d pe r f or m a n c e   w i t h  n o l oa d a n d l oa d  c on di t i on   , f l u xl i n ka ge ,  t o r q u e r e s p o n s an d  f i n al l y  t o  es t i m at e t h e p er en et ag e  o f   T H D  f o r s t a t o r c u rre n t  s p e c t ru m   a nd   a s  o b vi o us   i n t he  F i g ur e  9 - 16.   F r o m  t h e s f i g u r es ,  t h g en er a t i o n s  o f  f l u ct u at i o n s  i n  ar e g r e at l y  r ed u ced  an d   at t ai n i n g  r ef er en ce  s p eed  i m m ed i at el y   w i t h  l o ad  d i s t u r b an ce.           4. 1.   A na l y s i s  t he  S pe e d R e s po ns e  o f   M o di f i e d D T C  f o r  SP M S M   F i g u r e 9  an d  1 0  d es cr i b es  t h s p eed  r es p o n s e o f   m o d i f i ed  D T C  f o r  S P M S M as   w e l l  as  co n v e n t i o n al   D T C . T h e  bot h  dr i v e s  a r e  ope r a t e w i t h  r e f e r e n c e   s pe e d of  1 75 r a ds / s e c . f or  n o l oa d c on di t i on   a n d l oa d 6 N m   i s  a ppl i e d a t  0. 5 s e c . I n c a s e  of  c onv e n t i on a l  D T C ,  T h e  s pe e d of  t h e   m ot or  c on s i s t i n g os c i l l a t i ons   w he n e v e r   l o ad  i s  ap p l i ed  at  0 . 5  s ec.  a n d  t h s y s t e m  r eq u i r es  t i m e t o  r each  t h e r e f er en ce  s p eed . W h er ei n  t h e   m o d i f i ed   D T C ,  t he  f l uc t ua t i o ns  o f  s p e e d  r es p o n s e i s   v er y  l e s s ,  i n  ad d i t i o n  t h s a m e l o ad  ap p l i ed  at  0 . 5  s ec.  t h e d r i v a tta in s  to  r a te d  s p e e d  im m e d ia te l y  a s  s h o w n  in   F ig u r e  1 0 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   289 4   -   2903   2900       F i gu r e  9.   S p eed  r es p o n s e o f  co n v e n t i o n al  D T C   f o r  S P MS M   w i t h  P I   c o n tr o lle r           F i gu r e  10.   S pe e d r e s p on s e  of   m odi f i e d D T C  f or  S P M S M   w i t h  P I   c o n tr o lle r       4. 2.   T h e  E s ti m a te d  S ta to r  F l u x   V e c to r     T h e ci r cu l ar  t r aj ect o r y  o f  s t a t o r  f l u x   v ect o r  o f   m o d i f i ed  D T C  an d  co n v en t i o n al  D T C  o f  S P MS w i t h  P I  C o n t r o l l er  ar e s h o w n  as  F i g u r e 1 1  an d  1 2 .  F r o m  t h e s e ci r cl es   o f  s ta to r  f lu x e s ,  th e  c o n te n t o f  r ip p le s   in  th e   f l u x  tr a j e c to r y  o f  t h e   m o d if ie d  D T C   m e th o d  is   v e r y  lo w  a n d   w h ic h  is   v e r y  s m o o th  c i r c le .               F i g ur e   11.  C on v e n t i on a l   D T C  of  s t a t or   f l u x  t r aj ect o r y   F i gu r e  12.   M o d if ie d  D T C  s ta to r  f lu x  tr a j e c to r y           4. 3.   T h e E s t i m a t ed  T o rq u e R es p o n s     T h e  t or qu e  r e s pon s e s  of  S P M S M   w i t h P I  c on t r ol l e r  us i n g t hr e e  ph a s e   t w o  l e v e l   V S I  a t   n l oa d a n d   l oa d i s  a ppl i e d 6 N m   a t  0 . 5  s ec. as  s h o w n  i n  F i g u r e 1 3   a nd  1 4 .   W h er eas   t h e  t or qu e  r e s p on s e  of   m odi f i e D T C  f o r  P M S M  i s  ach i ev ed  f as t  an d  t h e   p ar cen t a g e o f  r i p p l es  ar e l o w   th a n  t h e  tr a d itio n a D T C         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       Si m ul at i on  a nd A nal y s i s  of  M odi f i e d D T C  of  P M SM  ( D .  K i r an K um ar )   2901       F i gu r e  13.  E s t i m a t e d t or qu e  of  c on v e nt i on a l  D T C  f or  P M S M           F i gu r e  14.  E s t i m a t e d t or qu e  of   m odi f i e d D T C  f or  P M S M       4. 4.   Th e  E st i m a t ed  P ercen t a g e o f  T H D  f o r S t a t o r C u rren t  S p ect ru m   F i na l y   f r o m  t he  F i gur e  1 5  a nd  1 6 ,  i t  ob s e r ve d  t ha t  t he  F F T  a na l ys i s  o f  t he  c ur r e nt   s p e c t r u m ,  i n t he   m o d i f i ed  D T C  i s  o b s er v ed  t h a t  t h e p er cen t a g e T o t al  H ar m o n i c D i s t o r t i o n  ( % T H D )  can  b e cal cu l at ed  f o r  t h p h as e cu r r en t   v ect o r  o f  P M S M   w i t h  P I  C o n t r o l l er  f o r  2 0   c y c l e s   w i t h f u nd a m e nt a l  f r e q ue nc y a nd  T H D  i s   r e c or de d t o be  31. 84%  w h i c h  i s  l e s s  t h a n  c on v e n t i o n a l  D T C  ( 52. 7 8% ) .         F i gu r e  15.   %  T H D  f o r   P h as e cu r r en t  V ect o r  o f   M DT C       F i gu r e  16 .   %  T H D  f o r   P h as e cu r r en t  v ec t o r  o f  C D T C           T h e p er f o r m a n ce c h ar act er s t i cs   o f  S P M S M  d r iv e   w it h  d if f e r e n t  D T C  u s i n g  P I  c o n tr o lle r  is   s um m a r i z e d i n  T a bl e  2.  I n   w h i c h   t h e   m odi f i e d D T C  s h c e m e s   w i t h   f a s t  a n d s m oot h  r e s pon s e s   w i t h  t or qu e   r i ppl e  12. 7 6%  a n d % T H D  of   s t a t or   w i n di ng   ph a s e  c u r r e n t   31. 84%  a s  a g a i n s t  t o t or qu e  r i ppl e  16. 6 6%  a nd   % T H D  of  s t a t or  c u r r e n t  s pe c t r um  52. 78%  of  C onv e n t i on a l   D T C .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   289 4   -   2903   2902   T ab l 2 .   P er f o r m a n e ch ar act er s t i cs   v al u e s  o f  S P M S M   w i t h  d i f f er en t  D T C             5.   CO NCL U S I O   T h i s  p ap er   d es cr i b es  t h m o d i f i ed  D T C  al g o r i t h m  o f  S o u r f ace M o u n t ed  P er m an e n t  M ag n e t   S y n c h r o n o u s  M o to r   w it h  P I  c o n tr o lle r   w h ic h  i s  c o n s id e r e d  w it h  r e p la c i n g  o f  s w itc h in g  t a b le  s e le c to r  b lo c k   a nd  h ys t e r e s i s  c o nt r o l l e r s  o f  f l ux a nd  t o r q ue . T he  s i m ul a t i o n r e s u l t s  ha ve  s ho w t ha t  t he   m o d i f i e d  D T C  gi ve s   b et t er  p er f o r m a n ce o f  t r an s i e n t  an d  s t ead y  s t at e o p er at i o n  t h an  t h e co n v en t i o n al  D T C .  I n  f act ,  i t  h a s  a  s ig n i f ic a n t r e d u c tio n  o f  t h e  to r q u e  a n d   f l u x  r ip p le s  a n d   th e   f l u x   w a s   in d ir e c tl y  c o n tr o lle d .  I n  a d d itio n  i t c an  b obs e v e r e d t h a t   t h e  pe r c e n t a g e   of  T H D  f or  c u r r e n t  s pe c t r um   i s  31. 84 % . I t  c a n  be  obs e r v e d  f r o m  t h e   m odi f i e D T C   w h i c gi ve s  t he  s m o o t s p e e d  o p e r a t i o n d ur i ng t r a n s i e nt  a nd  s t e a d y s t a t e  c o nd i t i o ns .       R EF ER EN C ES   [ 1]   Y .   Li u ,   “S p ace V ect o r  M o d u la te d  D ir e c t T o r q u e  C o n tr o f or   P ms m ,   S pi ng e r C SI SE ,   A S I C  1 05,   pp .   2 25 - 23 0,   201 1.   [ 2]   M T u r s in i,   e t a l . ,   F e e df or w a r d F l ux - W e a ke ni ng  C ont r ol   of  S ur f a c e - M ount e d P e r m a ne nt - M a g ne t  S y nc hr onous   M ot or s  A c c ount i ng  f or  R e s i s t i v e  V ol t a g e  D r op ,   I E E E  T r a ns ac t i ons   o n  in d u s tr i a l e le c tr o n ic s ,  vo l / i ssu e :   57 ( 1 ) pp .   4 40 - 448 ,   20 10 .   [ 3]   R .   S h ar m a,   e t a l. ,   “P er f o r m an ce  A n al y s i s  o f  D i r e c t  T or que  C ont r ol  of  P M S M   D r i v e U s i n g   T w o   L ev el  I n v er t er , ”  I E E E . C om m u ni c at i o n a nd  ne t w or k  T e c hnol ogi e s .   [ 4]   M .   S i a mi   an d   S.   A .   G h o la m ia n ,   A ppl i c a t i on  of  D i r e c t  T or que  C on t r ol  T e c hni que  f or  T hr e e   P h as e   S u r f ace  M ou nt e d A F P M   S y nc hr ono us  M ot or s , ”  I nt e r na t i o nal   J our nal  of   Sc i e nc e  an d A dv anc e d   T e c hn ol o gy ,   v ol / i ssu e :   1 (1 0 ) , p p .   15 - 2 0,  20 11.   [ 5]   S .   Z ha a nd X .   P e ng ,  “ A  M odi f i e d D i r e c t  T or que  C ont r ol  U s i ng  S pa c e  V e c t or  M od ul a t i on  ( D T C - S V M fo r   S ur f a c e  P e r m a ne nt  M a g ne t  S y nc hr onous  M a c hi ne  ( P M S M )  w i t h M o di f i e d 4 -   or de r  S l i di ng  M o de  O bs e r v e r , ”  P r oc e e di ngs  o f  t he  2 00 7 I E E E  I nt e r nat i on al   C onf e r e nc e  on M e c hat r o ni c s  a nd   A ut om at i on A ug us t  5  -   8,  20 07 ,   Ha rb i n ,  C hi na ,   pp .   12 07 - 12 12 ,  2 007 .   [ 6]   S .   B .   O z tu r k   an d   H.   A.   T o liy a t ,   S e ns or l e s s  D i r e c t  T or que  a n d I nd i r e c t  F l ux  C o nt r o l  of  B r us hl e s s  D C  M ot or  w i t h   N on S i n us oi da l  B a c k  E M F , ”  I E EE   [ 7]   H.   Xu - c h ao   an d   L .   R ong - we n ,   N ov e l  de s i g f or  D i r e c t   T or que  C ont r ol  S y s t e m  of  P M S M ,   T E L K O M NIKA ,   v o l 11 , p p 20 12 - 21 09 2 01 3.   [ 8]   M.   B o u j em aa   an d   C .   R ach i d ,   “F i el d  O r i en t e C ont r ol  of   P M S M  S upp l i e b y   P h o to v o lta ic   S ou r c e ,   I nt e r nat i o na l   J our n al  o f  E l e c t r i c al   an d C om pu t e r  E ngi ne e r i ng ( I J E C E ) ,   v ol / i ssu e :   6 (3 ) ,   p p.  12 33 - 12 47 20 16 .   [ 9]   S .   V .   P at u r c a e t a l .,   “D i r ect  T o r q u e C o n t r o l  o f   P er m an en t   M ag n et   S y nc hr onous  M ot or  ( P M S M ) -   a n   a ppr oa c h by   us i ng  S pa c e  V e c t or   M o dul a t i on   ( SV M) , ”  P r o ce.   O f  t h e 6 th   W SE A S / I A SM E  i nt .  C onf .  o n E l e c t r i c  po w e r  Sy s t e m s 200 6.   [ 1 0]   Z .   Lu ,   e t a l. , “ T he  m ode l i ng   a nd S i m ul a t i o n of  a   P e r m a ne nt  m a g ne t  S y nc hr onous  M o t or  w i t D i r e c t  t or q u e   c o n tr o l b a s e d   o n  a  M a tla b /S im u lin k ,   I E E E   [ 1 1]   C .   E . D ah m an i ,   e t a l. “D i r e c t  T or que  C o nt r o l  of   P er m an en M a g ne t  S y nc hr ono us  M ot or s  i n  M A T L A B /   S I M UL I NK , ”  I E E E ICCE IT 201 6 .   [ 1 2]   A .   S .   To m e r  a nd S .   P D ub e y ,   R es p o n s e B as ed  C o m p ar at i v A n al y s i s  o f   T w o  I n v er t er  F ed  S i x   P h as e P M S M   D r i v e  b y  us i ng   P I  a n d F uz z y  l og i c  C ont r ol l e r , ”  IJ E CE ,   vol .   6 ,  pp.   264 3 - 26 57 2 01 6.   [ 1 3]   Z .   Z ha ng  a nd J .   S hu ,   “M at l a b - ba s e P e r m a ne nt  M a g ne t  S y nc hr onous  M ot or   V e c t or  C o nt r ol   S im u la tio n ,   I EE E I CCS IT 2 01 0.   [ 1 4]   Z .   H a i ga n g,   e t a l. ,   M o de l i ng  a n d  S i m ul a t i on  of  a  P e r m a ne nt  m a g ne t  S y nc hr ono us  M o t or  D r i v e , ”  I EE E 20 11 .                             T yp e  o f  D T C   C u rre n t  % T H D   T o r q u e  R i p p l e  ( % )   C on v e n t i o n a l  D T C   5 2 . 78 %   1 6 . 66 %   Mo d if i e d  D T C   3 1 . 84 %   1 2 . 76 %   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       Si m ul at i on  a nd A nal y s i s  of  M odi f i e d D T C  of  P M SM  ( D .  K i r an K um ar )   2903   B I O G RAP H I ES   O F  AUT H O RS         M r.   D.   K i r a n K um a r  w a s  bor on  3 rd   j u ne , 1 98 4 i n G unt ur ,  A . P ,  I n di a .  H e  w a s  g r a dua t e  i n   E l ect r i cal  an d  E l ect r o n i cs  E n g i n eer i n g  f r o m  S C R E C  i n   2 0 0 7 .  H e w a s  o b t ai n ed  p o s t  g r ad u at i n   V L S I  De si g n   f r o m  B ha r a t h U ni ve r s i t y ,  C he nna i   i 200 9. P r e s e nt l y   he  w a s  w or k i ng  a s  A s s i s t a nt   P r of e s s or  i n t he  de p ar m en t  o f  E l ect r i cal  an d  E l ect r o n i cs  E n g i n eer i n g ,  J N T U H  C o l l eg e o f   E ng i ne e r i ng  hy de r a ba d, s i nc e  20 10 a nd  pe r s ui ng   P h . D  a t  J N T   U ni v e r s i t y ,  H y de r a ba d .  H i s   r es ear ch  i n t er es t s  ar e E l ect r i cal   D r i v es , F A C T T S ,  P o w er  Q u al i t y ,  M u l t i l ev el  I n v er t er s  an d  V L S I   De si g n .     D r .  G .   T u l as i  R a m  D as  h as  r ecei v ed  h i s  B . T ech  d eg r ee i n  E l ect r i cal  &  E l ect r o ni c s  E ng i ne e r i ng   f r o m  J. N. T . U.   C ol l e g e  of  E ng i ne e r i ng ,  H y de r a ba d,  I ndi a  i n 19 83,  M . E .  de g r e e   w i t I ndus t r i a l   Dri v e &  C o n t ro l   f r o m  O. U C o l l eg e o f  E n g i n eer i n g ,  H y d er ab ad ,   I ndi a  i n   1 9 8 6  an d  r ecei v ed  h i s   P h. D .  de g r e e   f r om  t he  I ndi a n I ns t i t ut e  of  T e c hnol og y ,  M a dr a s ,  I ndi a  i n 19 96.  H e  i s  ha v i ng  30  y ear s  o f  t each i n g  an d  r es ear ch  e x p er i en ce.  H e h el d  p o s i t i o n s  o f  J . N . T .  U n i v er s i t y  H y d er ab ad ,   R eg i s t r ar  o f  J N T  U n i v er s i t y  H y d er ab ad ,   V i ce - Ch a n cel l o r ,  J N T U  K a k i n ad a an d  cu r r en t l y   P r of e s s or  i n E E E  D e pa r t m e nt ,  J N T U H C E H .  H e  ha s  s upe r v i s e d 21  P h. D .  t he s e s  a nd  1 P h. D .   t he s e s  a r e  unde r  pr og r e s s .  H e  ha s  publ i s he d/ pr e s e nt e d 1 52  t e c hni c a l  r e s e a r c h pa pe r s  i n na t i ona l   a nd i nt e r na t i ona l  c o nf e r e nc e s   a nd j ou r n al s .  H e h as  v i s i t ed   co u n t r i es  n am el y ,  S i n g ap o r e,   M a l a y s i a ,  U S A ,  K S A ,  U A E  a nd U K .  H e  i s  a  F e l l ow  of  I ns t i t ut e  of  E ng i ne e r s  ( I ndi a ) ,  ( F I E ) ,   F e llo w  o f  I n s titu te  o f  Ele c tr o n ic s   &  T e le c o m m u n ic a tio n  E n g i n e e ri n g  (F IE T E ),  M e m b e r o f  IE E E   (M IE E E ),   M e m b e r o f  S o l a E ne r gy  S oc i e t y  of  I ndi a  ( M S E S I )  a n M e m be r  of  I ndi a n S oc i e t y   f or   T ech n i cal  E d u cat i o n  ( M I S T E ) .   H e i s  a r eci p i en t  o f  “B E S T  T E A C H E R  S T A T E   A W A R D  F O R   T H E  Y E A R  200 9”  a n no unc e d  by  t he  G ov t .  of  A ndhr a   P r a de s h.  H e  ha s  r e c e i v e d t he  a w a r d f r om   th e  C h ie f  M in is te r  o f  A ndhr a  P r a de s h.  R e s e a r c h I nt e r e s t s  i nc l ude :  S i m ul a t i on s t u di e s  o n dr i v e s   f o r  P er m an en t  M ag n et s  S y n ch r o n o u s  M ach i n es ,  E l ect r i cal  M a ch i n es  &  S p eci al  M ach i n es ,   R e s ona nt  C onv e r t e r s ,  F A C T S ,  P o w e r  qua l i t y ,  A I  a ppl i c a t i ons  t P o w e r  S y s t e m s  a nd D r i v e s .   E - m a il:  da s _t ul a s i r a m @ y a hoo. c o. i n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.