I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020 ,   pp .   617 ~ 6 25   IS S N :   2088 - 8708 D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 1 . pp617 - 6 25             617       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   D i r e c t   t o r q u e   c o n t r o l   o f   IM   u s i n g   P ID   c o n t r o l l e r         A l i   N a ji m   A b d u l l ah ,   M o h am m e d   H as s an   A l i     D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   P o w e r   a n M a c h i ne s   E g i n e e r i ng ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t y   o f   D i y a l a ,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   N ov   6,   2018   R e v i s e A pr   1 1 ,   2019   A c c e pt e S e 28 ,   201 9       D i r e c t   t o r qu e   c o nt r o l   " D T C t e c hni q ue   i s   o ne   o f   a   hi g pe r f o r m a n c e   c o nt r o l   s y s t e m   of   a A C   m o t o r   dr i v e ,   w hi c w a s   pr o po s e a f t e r   t h e   v e c t or   o r i e n t e d   c o nt r o l   s c he m e   d ur i ng   t h e   r e s e nt   25   y e a r s .   I t   ha s   b e e n   de v e l o pe r a pi d l y   f o r   i t s   c o n c i s e   s y s t e m   s c he m e ,   t r a n s i e n t   a nd  dy na m i c   pe r f o r m a nc e .   T he   D T C   m e c ha ni s m   c o ns i s t s   o f   v o l t a g e   v e c t o r   s e l e c t i o t a b l e ,   t w o   hy s t e r e s i s   c om pa r a t o r s   a nd  t w o   e s t i m a t o r s   o ne   f o r   s t a t o r   f l ux  a nd  a n o t he r   f o r   e l e c t r o m a g ne t i c   t o r qu e .   D T C   i s   d i r e c t l y   c o nt r o l   t o r que   a nd  f l ux   b y   us i ng   V o l t a g e   S o ur c e   I nv e r t e r   V S I ,   s pa c e   v e c t o r   a nd  s t a t o r   f l u o r i e n t a t i o a nd  i nd i r e c t   s p e e d   r e g ul a t e d .   A   s e v e r a l   c o nt r o l   t e c hn i qu e s   c a n   be   us e f o r   i m pr o v i ng   t he   t o r qu e   a n f l ux  pe r f o r m a nc e .   I t hi s   p a pe r ,   t he   D T C   w i t h   P r o po r t i o na l - I nt e g r a l - D e r i v a t i v e   ( P I D )   c o nt r o l l e r   us e t o   i m pr o v e   t he   s t a r t i ng   a nd  dy na m i c   pe r f o r m a nc e   o f   a s y nc hr o n o us   m o t o r   A M ,   w hi c g i v e s   g o o d   t o r que   a nd  f l u r e s po ns e ,   be s t   s pe e c o nt r o l   a n a l s o   m i ni m i z e     t he   un a c c e pt a b l e   t o r q ue   r i pp l e .   T he   m a t h e m a t i c a l   m o de l   o f   D T C   w i t P I D   c o nt r o l l e r   o f   3 - pha s e   i nduc t i o m o t o r   I M   a r e   s i m ul a t e und e r   M a t l a b - S i m ul i nk .   T he r e f o r e ,   t h e   D T C   b a s e o P I D   c o nt r o l l e r   h a s   g oo pe r f o r m a nc e   o f   I M   c o m pa r e t o   c l a s s i c a l   D T C   f o r   s t a r t i ng ,   r unn i ng   s t a t e   a nd  a l s o   dur i ng   c ha ng e   i n   l o a d.   Ke y w or d s :   3 - p h a s e   i nduc t i o n   m o t o r   d ri v e     D i r e c t   t o r q ue   c o n t r o l     P ID   c o n t r o l l e r   V o l t a ge   s pa c e   v e c t o r     C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M o h a m m e H a s a A l i ,     D e pa rt e m e nt   o f   E l e c t r i c a l   po w e r   a nd  M a c hi n s   E n g i n e e r i ng,   Co l l a ge   o f   E n gi n e e r i n g ,     U n i v e r s i t y   of   D i y a l a ,   B a qub a h ,   D i y a l a ,   I ra q .   E m a i l :   m o h80m m e d@ g m a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     A s y n c hr o n o us   m o t o r s   a r e   w i de l y   us e fo r   i n d us t r i a l   pu r po s e s   due   t o   m a n y   a dv a n t a ge s   s uc a s   m o r r e l i a b i l i t y ,   l ow   c o s t ,   s i m pl e   i n   c o n s t r uc t i o n,   hi g h   e f f i c i e n c y ,   r ug ge dn e s s   a n l o w   m a i nt e na n c e   c o m pa r e w i t o t h e d r i v e s   [1,   2 ] .   A c c o r di n t o   m o r e   i n dus t r i a l   a ppl i c a t i o ns   of   IM D ,   t h i s   de m a n ds   a   m o de rn   c o nt r o l   t o   ge t   b e t t e r   pe r f o r m a n c e   c ha r a c t e r i s t i c   a t   s t a rt i n g   a nd  s t e a dy - s t a t e   c o n di t i o n s .   T hi s   c o n t r o l   c a n   b e   a c hi e v e b y   a ppl y i n g   a   s e v e r a l   n e w   t e c h ni que s   [3 ] .     D T i s   o n e   o f   t h e s e   c o n t r o l   t e c hn i que s   c a n   b e   gi v e s   a   hi g pe r f o r m a n c e   i n   a ppl i c a t i o n .   T a k a h a s hi   a n N o guc h i   w e r e   p r o v i de D i r e c t   t o r que   c o n t r o l   D T f o r   i m p r o v i n g   s t a rt i ng  a n d   dy n a m i c   pe r f o r m a n c e   o t h e   m a c hi n e   [ 4 ,   5] .   T h e   D T C   s t r a t e gy   us i n t h e   h y s t e r e s i s   c om pa ra t o r   b a s e o v o l t a ge   s w i t c h i n g   s t a t e   c a b e   e a s y   i m pl e m e nt a t i o n   a n s i m p l e   s t r uc t u r e .   T h e   D T pe r f o r m a n c e   de pe n ds   o n   t h e   e rr o r   b e t w e e n     t h e   r e f e r e n c e s   v a l ue s   a n d   m e a s u r e a c t ua l   v a l ue s   o f   s t a t o r   f l ux   a n d   e l e c t r o m a g n e t i c   t o r que   t o   ge t   m o r e   a c c e pt a b l e   r e s po n s e   fo r   f l ux  a nd  t o rque   [ 6,   7 ] .   B ut   t h e   p r o b l e m   w h i c h   a ppe a r   w h e n   a ppl i e c l a s s i c a l   D T t o   i n duc t i o n   m o t o r   i s   hi g r i p pl e   i e l e c t r o m a g n e t i c   t o rque   due   t o   pr o duc e   a   h a rm o ni c   [8] .   In   t hi s   pa pe r   t h e   m o de l i ng  of   3 - ph a s e   i nduc t i o n   m o t o r   dri v e ,   vo l t a ge   s o ur c e   i n v e r t e r ,   s w i t c hi n s t a t e   v e c t o r   a nd  D i r e c t   T o r que   Co n t r o l   D T c o n c e pt   a r e   di s c us s e d.   T h e   t ra n s i e n t   a nd  s t e a dy   s t a t e   pe r fo r m a n c e s   o i n duc t i o n   m o t o r   a r e   a na l y z e by   us i n c l a s s i c a l   D T C   a nd  D T w i t P ID   c o n t r o l l e r.   T h e s e   m e t h o c o n t r o l s   a r e   s i m ul a t e us i n Co m put e r   S i m ul i nk.   A l s o   t h e   r e s ul t s   ha v e   b e e n   c o m pa r e d   [9] .   T h e r e f o r e ,   t h e   r e s ul t s   s h o w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     6 1 7   -   6 2 5   618   t h a t   t h e   D T w i t h   P ID   c o n t r o l l e r   ha s   m a n y   m e r i t s   s i m pl e   r e a l i z a t i o n,   f a s t   s pe e c o n t r o l ,   b e s t   s t a rt i ng  a n d   r u nni n g   c h a ra c t e ri s t i c s   o v e r   t h e   c l a s s i c a l   D T C.   A l l   r e s ul t s   a re   ge t t i n g   by   us i ng  M a t l a b   s i m ul a t i o n   [ 10 ].         2.   M A TH EM A TI C A L   M O D EL   O F   A   3 - P H A S I N D U C TI O N   M O TO R   D R I V   A   m o de l   of   t hr e e   pha s e   i n duc t i o n   m o t o r   d ri v e   c a n   b e   ob t a i n e w h e n   i t   i s   a c t s   u n de r   n o rm a l   a nd  d y n a m i c   c o n di t i o n.   T h e r e f o r e ,   t h e   v a ri a b l e s   qua n t i t i e s   of   I M D   s uc h   a s   s t a t o r   a n r o t o r   c u rr e n t ,   s t a t o r   a n d   r o t o r   v o l t a ge ,   s t a t o r   a n r o t o r   f l ux,   a nd  e l e c t r o m a g n e t i s m   t o rque   c a n   b e   d e t e r m i n e f r o m   t hi s   m o de l   [ 11,   12 ] T h e   de s c r i pt i o n   m o de l   of   a   3 - ph a s e   IM D   c a n   b e   r e pr e s e n t e by   di ffe r e n t i a l   e qua t i o n s   w h e n   t h e   m a i n   t hr e e   pha s e   s t a t o r   a nd  r o t o r   qu a n t i t i e s   s uc h   a s   c u rr e n t ,   v o l t a ge ,   a n f l ux  a r e   t ra n s f o r m   t o   s t a t i o na r y   f r a m e   o r   t w a xi s   t h e o r y   f r a m e   d - a xi s   b y   a xi s   t r a n s f o r m a t i o n.   A   3 - p h a s e   IM D   m o de l   i m p l e m e nt e b a s e o n     t h e   s t a t i o n a r y   r e f e r e n c e   f r a m e   [13,   14 ] .   T h e   pe r   p ha s e   e qui v a l e n t   c i r c ui t   o f   3 - ph a s e   IM D   i n   d - a xi s   i s   s h o w n   i n   t h e   F i gu r e   1 ,   w h i c h   us e f o r   i m p l e m e n t i ng  t hi s   m o de l   a n d   t h e   e qua t i o n s   o f   s t a t o a n d   r o t o r   qu a nt i t i e s   w r i t t e a s   e qu a t i o n s .           F i gu r e   1 .   P e r   p ha s e   e qui v a l e n t   c i r c ui t   o f   3 - p h a s e   i n duc t i o n   m o t o r       [   ] = [   ] +  [   ] + [   ]       (1)     [   ] = 1 [ (   ) (   ) ]   (2)     [   ] =  [   ] +   [ (  +  ) (  +  ) ]     (3)     T h e   e qua t i o n s   o f   qua n t i t i e s ;   v o l t a ge ,   c u rr e n t   a nd  f l ux   i d - q   a xi s   f o r   t h e   r o t o r   s i de     [   ] = [   ] +  [   ] + ( ) [   ]   (4)     [   ] =  [   ] + [ (  +  ) (  +  ) ]   (5)     [   ] = [ (  +  ) (  +  ) ] =   [ (  +  ) (  +  ) ]   (6)     T h e   de v e l o pm e n t   t o r que   o f   IM   i t e rm s   o f   m ut u a l   f l ux  a n d   ro t o r   c urr e nt   i n   d - c o m po n e n t   c a b e   e xpr e s s e a s :     = ( 3 2 ) ( 2 ) . = ( 3 2 ) ( 2 ) (  .   .  )   (7)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       D i r e c t   t or que   c ont r o l   o f   IM  us i ng   P ID   c ont r o l l e r   ( A l i   Na j i m   A bdul l ah )   619   T h e   de v e l o pm e n t   t o r q ue   o f   IM   i n   t e rm s   o f   s t a t o r   f l ux  a n s t a t o c u rr e nt   i d - q   c o m po n e n t   c a n   b e   e xpr e s s e a s :     T d = ( 3 2 ) ( P 2 ) ψ s . I s = ( 3 2 ) ( P 2 ) ( ψ ds . i qs ψ qs . i ds )   (8)     W h e r e   v qs v ds :   s t a t o v o l t a ge s   i qu a d r a t u r e   a n d   d i r e c t   a xe s ;   v qr v dr :   r o t o r   v o l t a ge s   i qu a d r a t u r e   a n d   di r e c t   a xe s ;   R s R r :   s t a t o a nd  r o t o r e s i s t a n c e ;   i qs i ds :   s t a t o c urr e nt s   i qu a dra t u r e   a n d   d i r e c t   a xe s ;   i qr i dr :   r o t o r   c urr e n t s   i n   qua d ra t u r e   a nd  d i r e c t   a xe s ;   ψ qs ,   ψ ds :   s t a t o f l ux  i n   q ua d ra t u r e   a nd  d i r e c t   a xe s .   ψ qr ψ dr :   r o t o r   f l ux  i n   q ua d ra t u r e   a nd  d i r e c t   a xe s ;   T d :   de v e l o pm e n t   t o r que .       3.   V O LTA G E   S O U R C E   I N V ER TER   AND   S WI TC H I N G   S TA TE   V EC TO R     A   pra c t i c a l   c i r c ui t   o f   a   t hr e e   pha s e   t hr e e   l e o ut put   v o l t a ge   s o ur c e   i n v e r t e r   (V S I)  c o n s i s t s   o f   t hr e e   pha s e   i n pu t ,   t hr e e   p h a s e   r e c t i f i e r ,   L f i l t e r,   po w e r   b r i dge   a n t hr e e   pha s e   o ut put   a s   s h o w n   i F i gu r e   2 .   E a c h   l e o f   pow e r   b r i d ge   c o n t a i n s   t w o   s w i t c h e s   a nd  t w o   di ode s .   [1 5 1 6] . T hi s   i n v e r t e r   ha s   ( 2 3 = 8 po s s i b l e   s w i t c h i n g   s t a t e s .   L e (a )   i s   c o nn e c t e b e t w e e n   s w i t c h   k1   a n d   s w i t c k2   a nd  de n o t e b y   S a ,   b ut   l e (b )   i s   c o n n e c t e b e t w e e n   s w i t c k3   a n d   k4   i s   r e p r e s e n t e d   by   s y m bol   S b ,   a l s o   l e g   (c b e t w e e n   k5   a n d   k6   i s   c h a ra c t e ri z e b y   S c .   T h e   s w i t c h i ng  s t a t e s   h a v e   (1  a n 0)  b i n a r y   v a l ue s ,   t h e   o n e   v a l ue   r e p r e s e n t   t h e   s w i t c i s   O N   a n v a l ue   s w i t c h   i s   O F F ,   t h e r e fo r e ,   k2 = 1 k1 .   S i n c e ,   S a = 0   i f   s w i t c k1   i s   O F F   a n s w i t c h   k2   i s   O N ,   S a = 1   i f   s w i t c k1   i s   O N   a n d   s w i t c k2   i s   O F F ,   t h i s   e qua t i o n   i s   a ppl y   t o   S b   an S c .   T h e   s w i t c hi n s t a t e s   o f   t h e   t hr e e - p h a s e   i n v e r t e r   c a b e   s h o w n   i n   F i gu r e   3   [1 7,   18] .           F i gu r e   2 .   V o l t a ge   s o ur c e   i n v e rt e V S I           F i gu r e   3 .   T h e   s w i t c hi n g   s t a t e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     6 1 7   -   6 2 5   620   T h e   r e l a t i o b e t w e e n   t h e   s w i t c h i n g   s t a t e   v e c t o r   a nd  t h e   l i n e - to - l i n e   o ut pu t   v o l t a ge   v e c t o r   a nd   t h e   p ha s e   v o l t a ge   a r e   g i v e n   by   t h e   f o l l ow i n e qu a t i o n s :     [ V ab V bc V ca ] =  [     1 1     0     0     1 1 1     0     1 ] [ S a S b S c ]   (9)     [ V an V bn V cn ] = 1 3  [     2 1 1 1     2 1 1 1     2 ] [ S a S b S c ]   (10)     W h e r e ,      i s   t h e   D . C   s uppl y   of   t h e   i n v e r t e b r i dge .   B y   a ppl y i n g   t h e   e i g ht   s t a t e s   o f   [ S a S b S c ] T   i n   ( 9)  a n d   (10)  g i v e s   t h e   l i n e - to - l i n e   a n l i n e - to - n e ut ra l   v o l t a ge s   s pa c e   v e c t o r s   s h o w n   i n   T a b l e   1.       T a b l e   1 .   L i n e   a n d   p ha s e   v o l t a ge s   o f   t h e   e i g ht   s t a t e s   v e c t o r s   S t a t e   N o .   S a   S b   S c   V an   V bn   V cn   V ab   V bc   V ca   S p a c e   v o l t a g e   v e c t o r   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   V 0 (0 0 0 )   1   1   0   0   2V d /3   - V d /3   - V d /3   V d   0   - V d   V 1 (1 0 0 )   2   1   1   0   V d /3   V d /3   - 2V d /3   0   V d   - V d   V 2 (1 1 0 )   3   0   1   0   - V d /3   2V d /3   - V d /3   - V d   V d   0   V 3 (0 1 0 )   4   0   1   1   - 2V d /3   V d /3   V d /3   - V d   0   V d   V 4 (0 1 1 )   5   0   0   1   - V d /3   - V d /3   2V d /3   0   - V d   V d   V 5 ( 0 01)   6   1   0   1   V d /3   - 2V d /3   V d /3   V d   - V d   0   V 6 (1 0 1 )   7   1   1   1   0   0   0   0   0   0   V 7 (1 1 1 )       3. 1 .     S p ac e   v e c to r   r e p r e s e n tat i o n   T h e   v o l t a ge   s pa c e   v e c t o r   c a b e   o pt a i n e i n   r e a l   a nd  i m a j i na r y   pa r t s   a s   i F i gu r e   4 .   A   t hr e e - p h a s e   v a r i a b l e s   c a n   b e   t r a n s f o r m   t o   t w a xi s   s t a t i o n a r y   o r   r o t a r y   f r a m e s ,   a s   qu a d r a t u r e   a n di r e c t   a xe s   (d - a xi s )   w h i c a r e   a   c o m pl e a xi s   f ra m e ,   a   qu a d r a t u r e   a xi s   r e p r e s e nt s   r e a l   a x i s   a nd   d i r e c t   a x i s   i s   i m a g i n a r y   a xi s .   T h e   a x i s   t r a n s f o r m a t i o c a n   b e   o b t a i n e by   t h e   f o l l o w i n f o r m ul a :     [   ] = 2 3 [ c o s 0   c o s 120° c o s 120° si n 0 si n 120° si n 120° ] [    ]   (11)     T h e   r e s ul t a n t   v o l t a ge   s pa c e   v e c t o r   i s   g i v e n   b y :      = + = 2 3 [ + + 2 ]     (12)     W h e r e ,     =   j1 2 0 o   a nd   2 = e j1 2 0 o .           F i gu r e   4 .   V o l t a ge   s pa c e   v e c t o r s   o f   t hr e e   p h a s e   V S I   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       D i r e c t   t or que   c ont r o l   o f   IM  us i ng   P ID   c ont r o l l e r   ( A l i   Na j i m   A bdul l ah )   621   4.   D I R EC TO R Q U E   C O N TR O L   TEC H N I Q U E   D i r e c t   t o rque   c o n t r o l   D T w a s   di s pl a y e by   T a ka h a s hi   a nd  T o s h i hi ko   N o guc h i   s i n c e   t w e n t y   f i ve   y e a r s   a go .   T hi s   t e c hni que   i s   us e t o   c o n t r o l   t h e   s pe e o f   3 - pha s e   A m o t o r   d ri v e s   due   t o   c o n t r o l   t h e   t o r q ue   a n s t a t o f l ux  o f   t h e   m a c h i n e .   t h e   D T c a n   b e   a c hi e v e by  c o m put i n f l ux  a n t o r que   o f   a n   e l e c t ri c   m o t o a c c o r di n t o   o n l y   s t a t o r   qua nt i t i e s   m e a s u r a b l e   s uc a s   s t a t o r   vo l t a ge   a nd  s t a t o r   c u rr e n t   o f   t h e   A m o t o r   d ri v e .   T r a d i t i o n a l   d i r e c t   t o r q ue   c o n t r o l   c o n t a i n s   t w o   h y s t e r e s i s   c o m pa ra t o r s ,   t h e   f i r s t   h y s t e r e s i s   c o m pa r a t o r     fo r   c o m put i n s t a t o r   f l ux  e r r o r   a n t h e   s e c o n h y s t e r e s i s   c o m pa r a t o r   t o   e s t i m a t e   t o r que   e rr o r   [19 ,   20]   T h e   s c h e m e   di a g r a m   o f   t h e   D T t e c hni q ue   i s   c o n s t r uc t e a s   i n   F i gu r e   5.   T h e   p r i n c i p l e   o pe r a t i o n   o f   D T b a s e o n   v o l t a ge   s o ur c e   i nv e r t e r   w i t h   e i g ht   s t a t o v o l t a ge   v e c t o r s ,   s i o f   t h e m   i s   n o t   z e r o   v e c t o r   s t a t e   a n t h e   t w o   r e m a i n e i s   z e r o   v e c t o r s   s o   a s   t o   m a i n t a i t h e   s t a t o r   f l ux  a n d   e l e c t r o m a g n e t i c   t o r que   i n t o   de s i r e v a l ue   o f   a   h y s t e r e s i s   b a n d .   T h e   r e f e r e n c e   of   vo l t a ge   s pa c e   v e c t o r   i s   de t e r m i n e by   s w i t c h i n g   t a b l e   [21] .   T h e   c o n t r o l l e r   i D T i s   us e t w o   s i gna l s   a s   a   f e e db a c o n e   o f   t h e m   f o r   de ve l o pe t o r que   a nd  t h e   s e c o n f o r   s t a t o f l ux  i n   o r de t o   m e a s u r e   t h e   t o r q ue   a n f l ux  e rr o by   c o m pa ra t i v e   t h e   r e f e r e n c e s   v a l ue   w i t h   t h e   f e e d b a c s i gn a l .   T h e   h y s t e r e s i s   c o m pa r a t o r   o f   s t a t o r   f l ux  e r r o r   h a s   t w o   s t a n d a r l e v e l s   ( o n e   a n z e r o ).   T h e   s t a t e   m e a n s   t ha t   t h e   s t a t o r   f l ux  i s   l o w   a n z e r o   v a l ue   fo r   a n o t h e r   c o n di t i o n.     A l s o   h y s t e r e s i s   c o m pa r a t o f o r   t o r que   e rr o i s   r e pr e s e nt e b y   t h r e e   s t a nda rd  l e v e l s   (1,   z e r o ,   - 1) .   T h e   1   s t a t e     i s   i l l us t ra t e   t ha t   t h e   t o rque   i s   da w n,   z e r o   v a l ue   gi v e s   t ha t   t h e   t o r que   i n   a c c e pt a b l e   ra n a n - f o r   hi g   v a l ue   [ 22,   23]       V S I S w i t c h   T a b l e F l u x   C o m p a r a t o r T o r q u e   C o m p a r a t o r T o r q u e   a n d   F l u x   E s t i m a t o r I M   M e a s u r e d   S i g n a l I M D   r e f .   T   r e f .   T   T S a S b S c + + F l u x   S e n s e r _ _     F i gu r e   5 .   T h e   b l o c di a g ra m   o f   D T c o nt r o l   t e c hni que       5.     P I D   C O N TR O LL ER   [ 24 ]   P r o po r t i o n a l - I nt e gra l - D e r i v a t i v e ,   P ID ,   c o nt r o l l e i s   b r o a dl y   ut i l i z e i m o de rn  c o n t r o l   f ra m e w o r k.   P ID   c o n t r o l l e r   h a s   a l l   t h e   e s s e n t i a l   e l e m e nt s :   f a s t   r e s po n s e   o n   c h a nge   of   t h e   c o n t r o l l e r   i n pu t ,   i n c r e m e n t   i n   c o n t r o l   f l a t o   l e a m i s t a ke   t o w a r ds   z e r o   a nd  r e a s o n a b l e   a c t i v i t y   i n s i de   c o n t r o l   b l unde r   r e gi o n   t o   t a ke   o ut   m o t i o n s .   S ub o r di na t e   m o de   i m p r o v e   s o un dn e s s   o t h e   m o de l   s y s t e m   a nd  e m po w e r s   i n c r e m e n t   i n   ga i n   K p,   w h i c h   b ui l ds   s pe e of   t h e   c o n t r o l l e r   r e a c t i o n.   T h e   y i e l of   P ID   c o n t r o l l e r   c o m pr i s e s   o t hr e e   t e r m s     t h e   m i s t a ke   f l a g,   t h e   b l u n de r   v i t a l   a n t h e   m i s t a ke   s ub s i di a r y .   T h e   b l unde r   f l a i s   r e g i s t e r e by   (13).   F i gu r e   6   de m o n s t r a t e s   t h e   s q ua r e   g ra p o f   P ID   c o n t r o l l e r   [25 ] .   T h e   c ha n ge   c a p a c i t y   of   P ID   c o n t r o l l e i s   e m pl o y e a s :     U ( s ) E ( s )   = Kp + Ki S + KS   (13)     W h e r e   K p ,   K a nd  ki   a r e   p r o po r t i o na l ,   de r i v a t i v e ,   i n t e g r a l   ga i n s   r e s pe c t i v e l y   a n U (s i s   t h e   y i e l c o n t r o l   r e f e r   t o   T e   t o r que   r e f e r e n c e   i c o n t r o l   d r i v e .         I n t e g r a t o r D e r i v a t i v e E r r o r K i K d K p d / d t + + + V e c t o r   a n d   T h r e e   P h a s e   I n v e r t o r T e A c t u a l   S p e e d R e f .   S p e e d P I D   3 - P h .   I M D + _     F i gu r e   6 .   P ID   c o n t r o l l e r   b l o c di a g r a m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     6 1 7   -   6 2 5   622   6.     S I M U LA TI O N   R ES U LTS   In   t hi s   pa pe r,   t h e   pr o po s e a l go r i t hm   o f   D T of   a n   IM D   i s   i n v e s t i ga t e by   us i n s i m u l a t i o n   i s of t w a r e   p r o g r a m .   I t hi s   w o r a   s e v e r a l   t e s t s   pe r f o r m   o n   t h e   s y s t e m   s o   a s   t o   e xa m i na t i o n   t h e   pe r f o r m a n c e   c h a ra c t e ri s t i c   o f   t h e   p r o po s e c l a s s i c a l   D T s y s t e m   a n D T w i t h   P ID   c o nt r o l l e r.   N o t e   t h a t   a t   t i m e   o f   l o a d   c h a nge   t h e   t o r q ue   a n s pe e a r e   n o t   r e s po n s e   s m o o t h l y   w i t h   t r a di t i o na l   D T C ,   b ut   ge t   b e t t e r   r e s po n s e   w h e us i n P ID   c o nt r o l l e i a d di t i o n   t o   t h e   r i ppl e   i n   t h e   t o r q ue   i s   m i ni m i z e d.   T h e   r e s po n s e   o f   t h e   s t a t o r   c u rr e n t   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   7 ,   t h e r e f o r   t h e   IM D   s y s t e m   w i l l   p r o duc e   t h e   m a g n e t i c   f l ux   a s   i F i gu r e   8 ,   a n d   h e n c e   t h e   r o t o r   s pe e a n e l e c t r o m a g n e t i s m s   t o r que   r e s po n s e   of   c l a s s i c a l   D T a t   n o   l o a a nd  di f f e r e n t   l o a d   di s t u r b a n c e   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   9.   T h e   s pe e a n d   t o r q ue   r e s po n s e   o f   D T b a s e o n   P ID   c o n t r o l l e r   i s   i l l us t r a t e i F i g u r e s   10.     T h e   r e s ul t s   s h o w   t h a t   t h e   f ul f i l l m e nt   D T w i t h   P ID   c o n t r o l l e r   i s   b e t t e r   t h a n   t h e   c l a s s i c a l   D T w h e n   l o a t o r que   i s   a ppl i e a n r e m o ve d.   T h e   t o r que   r i p pl e   i n   t h e   t r a d i t i o n a l   D T i s   1. 3   w h i c h   t h e   di f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   r e f e r e n c e s   t o r que   a nd  t h e   m a x i m um   o r   m i ni m u m   r i ppl e   a s   i n   F i gu r e   11   w h i l e   i t   i s   r e duc e t o   (0. 3)  w h e us e P ID   c o n t r o l l e r   a s   i F i gu r e   1 2.   T h e   s y s t e m   m i n i m i z e s   t h e   o ve r s h o o t ,   r e duc e s e t t l i n t i m e ,   m i ni m i z e   t o r que   r i pp l e ,   A l s o   t h e   s t a rt i n pe r f o r m a n c e   c h a ra c t e ri s t i c   of   t h e   s y s t e m   i s   i m p r o ve c l e a r l y ,   s pe e i s   r e gul a t e d   b ut   i t s   r e duc e s o m e t h i n g   w h e n   i n c r e a s e   i l o a d.             F i gu r e   7 .   S t a t o r   c u rr e n t   r e s po n s e           F i gu r e   8 .   S t a t o r   f l ux   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       D i r e c t   t or que   c ont r o l   o f   IM  us i ng   P ID   c ont r o l l e r   ( A l i   Na j i m   A bdul l ah )   623       F i gu r e   9 .   R e s po n s e   of   s pe e a nd  t o r que   in   c l a s s i c a l   D T C           F i gu r e   10 .   R es po n s e   of  s pe e a n t o r que   i D T C   w i t h   P ID   c o n t r o l l e r           F i gu r e   11 .   T o r q ue   r i p pl e   i c l a s s i c a l   D T C       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2020  :     6 1 7   -   6 2 5   624       F i gu r e   12 .   T o r q ue   r i p pl e   i D T w i t P ID   c o nt r o l l e r       7.     C O N C LU S I O N   In   t hi s   pa pe r   a   P ID   c o n t r o l l e r   w a s   us e t ge t   be t t e r   pe r f o rm a n c e   c h a ra c t e ri s t i c   o D T f o r   3 - ph a s e   IM D .   T h e   pe r f o r m a n c e   o f   D T w i t h   P ID   c o n t r o l l e r   i s   a na l y s i s   a t   de f e r e n t   l o a c o n d i t i o n s   a n c o m pa r e w i t t h e   c l a s s i c a l   D T pe r f o r m a n c e .   T h e   s y s t e m   s h ow s   t h a t   t h e   D T b a s e o n   P ID   c o n t r o l l e r   h a s   b e t t e r   o ut put   pe r f o r m a n c e   o v e r   t ra di t i o n a l   D T C.       R EF ER EN C ES     [ 1]   D .   R .   D .   A .   P a nd i a n,   " P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   O f   D i r e c t   T o r qu e   C o nt r o l   O f   3 - P ha s e   I nduc t i o M o t o r , "   J our na l   of   T he or e t i c al   an A ppl i e I n f or m a t i on   T e c hno l og y ,   v o l .   62 ,   n o.   3 ,   pp.   819 - 82 4,   20 14 .   [ 2]   K. - B .   L .   a .   F .   B l a a bj e r g ,   " I m pr ov e D i r e c t   T o r q ue   C o nt r o l   f o r   S e ns o r l e s s   M a t r i C o nv e r t e r   D r i v e s   w i t C o ns t a nt   S w i t c hi ng   F r e que nc y   a nd  T o r que   R i p pl e   R e duc t i o n , "   I n t e r na t i ona l   J our n al   of   C on t r ol ,   A u t om a t i on ,   a nd  S y s t e m s v o l .   4 ,   no .   1,   p p.   11 3 - 123 ,   2 006 .   [ 3]   F .   N .   S e b t i   B e l k a c e m ,   R a c hi A bde s s e m e d ,   " R e duc t i o o f   t o r que   r i p pl e   i D T C   f o r   i nduc t i o m o t o r   us i ng   i npu t - o ut put   f e e d ba c l i ne a r i z a t i o n, "   T u r k   J   E l e c   E ng   &   C om S c i ,   v o l .   2 0,   pp .   273 - 285 ,   201 2.   [ 4]   M i n i ,   R . ,   e t   al . ,   " L o w   S pe e E s t i m a t i o o f   S e ns o r l e s s   D T C   I nduc t i o M o t o r   D r i v e   U s i ng   M R A S   w i t N e u r o   F uz z y   A da pt i v e   C o nt r o l l e r , "   I n t e r na t i ona l   J o ur na l   o f   E l e c t r i c a l   an C om put e r   E n gi ne e r i n g   ( I J E C E ) ,   v o l .   8 ,   no .   5 ,     pp.   26 91 2 018 .   [ 5]   S a l m a n,   G h a s s a A bdul l a h ,   M o ha m m e H a s a A l i ,   a n A l i   N a j i m   A bdul l a h ,   " I m pl e m e nt a t i o O pt i m a l   L oc a t i o a nd  S i z i ng   o f   U P F C   o I r a qi   P o w e r   S y s t e m   G r i ( 132  kV )   U s i n g   G e ne t i c   A l go r i t hm , "   I n t e r na t i o na l   J ou r na l   o f   P o w e r   E l e c t r o ni c s   and   D r i v e   Sy s t e m s   ( I J P E D S) ,   v o l .   9 ,   no .   4,   pp .   1 607 - 1615 201 8 .   [ 6]   A .   J a kha r   a nd   P .   G a u r ,   " C o m pa r a t i v e   S t udy   o f   P I ,   P I D   a nd  F uz z y   P I   C o nt r o l l e r   B a s e d   D i r e c t   T o r que   C o n t r o l   I nduc t i o M o t o r   D r i v e , "   A dv a nc e R e s e a r c i n   E l e c t r i c a l   a n E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng ,   v o l .   2 ,   pp .   2 61 - 265 ,   201 5.   [ 7]   A l i ,   M o ha m m e H a s a n ,   " D e s i g a nd  I m pl e m e n t a t i o o f   a E l e c t r i c a l   L i f t   C o nt r o l l e u s i ng   P L C . "   I n t e r nat i o nal   J our nal   o f   E l e c t r i c a l   a nd   C om pu t e r   E ngi ne e r i ng   ( I J E C E ) 8 . ( 20 18) :   1947.   [ 8]   D r .   A bdul r a h i m   T .   H um o a nd  W i a m   I .   J a bba r ,   " D i r e c t   T o r qu e   C o nt r o l   o f   I nduc t i o M o t o r   B a s e o P a r t i c l e   S w a r m   O pt i m i z a t i o n, "   J ou r na l   of   A l   R af i da i n   U n i v e r s i t y   C o l l e ge ,   p p.   91 - 112 ,   201 3.   [ 9]   K um a r ,   D K i r a n ,   a nd  G T ul a s i   R a m   D a s ,   " S i m ul a t i o a nd   A na l y s i s   o f   M o di f i e D T C   o f   P M S M , "   I n t e r na t i ona l   J our nal   o f   E l e c t r i c a l   a nd   C om pu t e r   E ngi ne e r i ng   ( I J E C E ) ,   v o l .   8 ,   n o .   5,   p p.   28 95 2 018 .   [ 10]   A l i   M o ha m m e d   H . ,   " M a t he m a t i c a l   D r i v i ng   M o de l   o f   T hr e e   P ha s e ,   T w o   L e v e l   I nv e r t e r   by   ( M e t h o o f   I nt e r c o nne c t e S ubs y s t e m ) , "   I r aq i   J ou r na l   f or   E l e c t r i c al   A nd  E l e c t r oni c   E ng i ne e r i ng ,   v o l .   13,   no .   1,   pp.   73 - 82 2017 .   [ 11]   T .   K .   D r .   T.   G o v i nda r a j ,   " D i r e c t   F l ux  a nd  T o r que   C o nt r o l   o f   T h r e e   P h a s e   I nduc t i o M o t o r   us i ng   P I   a nd  F uz z y   L o g i c   C o nt r o l l e r , "   I nt e r nat i on al   J our nal   O f   I nn ov a t i v e   R e s e ar c I E l e c t r i c a l ,   E l e c t r oni c s ,   I n s t r um e nt a t i on  A nd   C ont r ol   E n gi ne e r i n g ,   v o l .   2 ,   pp .   922 - 927 ,   20 14.   [ 12]   H .   S .   H a m e e d,   " T o r que   R i pp l e   R e duc t i o B a s e D i r e c t   T o r q ue   C o nt r o l   f o r   I nduc t i o M o t o r   D r i v e s , "   M a s t e r ,   U ni v e r s i t y   O f   B a g hda d ,   I r a q ,   2014 .   [ 13]   R .   A nj a nd  M .   S a t hi s kum a r ,   " D i r e c t   T o r qu e   C o nt r o l   A l g o r i t hm   f o r   I nduc t i o M o t o r   U s i ng   H y br i F uz z y - P I   a nd  A nt i - W i ndup  P I   C o nt r o l l e r   w i t D C   C ur r e n t   S e ns o r s , "   I n t e r na t i o na l   J ou r na l   of   E n gi ne e r i n R e s e ar c and   A ppl i c a t i ons ,   v o l .   4 ,   pp .   58 - 63,   2 014 .   [ 14]   T ur k i   Y .   A bda l l a ,   H a r o ut i o A nt r a n i k   H a i r i k,   a n A .   M .   D a kh i l ,   " D i r e c t   T o r que   C o nt r o l   S y s t e m   f o r   a   T h r e e   P ha s e   I nduc t i o M o t o r   W i t F uz z y   L o g i c   B a s e S pe e C o nt r o l l e r , "   I r aq  J .   E l e c t r i c a l   and  E l e c t r on i c   E ng i ne e r i ng ,   v o l .   6,   pp.   13 1 - 138,   2 010 .   [ 15]   B .   K .   M .   S he l by   M a t h e w ,   " D i r e c t   T o r que   C o nt r o l   o f   I nduc t i o M o t o r   U s i ng   F uz z y   L og i c   C o nt r o l l e r ,"   I n t e r na t i ona l   J our nal   of   A dv an c e R e s e ar c i E l e c t r i c al ,   E l e c t r o ni c s   a nd  I ns t r um e nt a t i o E ng i ne e r i ng ,   v o l .   2 ,   pp .   38 6 - 394 ,   2013 .   [ 16]   B .   V .   K r i s hn a ,   " D e s i g a nd  C o m pa r i s o of   V e c t o r   a nd  D i r e c t   T o r que   C o nt r o l   o f   3 - P ha s e   I nduc t i o M o t o r   D r i v e , "   M i ddl e - E as t   J ou r na l   of   Sc i e nt i f i c   R e s e ar c h ,   v o l .   20 ,   pp .   586 - 597 ,   2 014.   [ 17]     H a c hi c ha ,   M .   R . ,   M .   G ha r i a ni ,   a n R .   N e j i .   " I nduc t i o m a c hi ne   D T C   o pt i m i z a t i o us i ng   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e nc e   f o r                                                                                                                                                        E V ' s   a pp l i c a t i o ns . "   E i gh t h   I n t e r na t i ona l   M u l t i - C on f e r e nc e   on   Sy s t e m s ,   Si gna l s   &   D e v i c e s .   I E E E ,   20 11 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       D i r e c t   t or que   c ont r o l   o f   IM  us i ng   P ID   c ont r o l l e r   ( A l i   Na j i m   A bdul l ah )   625   [ 18]   Z e g a i ,   M .   L . ,   e t   a l .   " D i r e c t   t o r que   c o nt r o l   o f   I nduc t i o M o t o r   b a s e o a r t i f i c i a l   n e ur a l   ne t w o r ks   s p e e d   c o nt r o l   us i ng   M R A S   a nd   ne ur a l   P I D   c o nt r o l l e r . "   201 I E E E   E l e c t r i c al   P o w e r   and  E ne r gy   C on f e r e nc e   ( E P E C ) .   I E E E 2015 .   [ 19]   K a z m i e r ko w s k i ,   M a r i a P .   " C o nt r o l   s t r a t e g i e s   f o r   P W M   r e c t i f i e r / i nv e r t e r - f e i n duc t i o m o t o r s . "   I SI E ' 2 000 .   P r oc e e di ngs   o f   t he   2000  I E E E   I n t e r na t i o na l   Sy m pos i um   o I ndu s t r i al   E l e c t r o ni c s   ( C at .   N o .   00T H 85 43) .   V o l .   1 .   I E E E ,   2000 .   [ 20]   D r i f ,   M ha m e d,   a nd  A nt o ni o   J .   M a r que s   C a r do s o .   " S t a t o r   f a u l t   d i a g no s t i c s   i n   s q ui r r e l   c a g e   t hr e e - pha s e   i nd uc t i o m o t o r   dr i v e s   us i ng   t h e   i ns t a n t a ne o u s   a c t i v e   a nd  r e a c t i v e   po w e r   s i g na t ur e   a na l y s e s . "   I E E E   T r an s ac t i ons   on   I ndu s t r i al   I n f o r m at i c s ,   1 0. 2 ,   pp . 13 48 - 1360 ,   201 4.   [ 21]   A hm e d,   Y a s s e r ,   a nd   A y m a H o ba l l a h .   " A da p t i v e   f i l t e r - F L C   i n t e g r a t i o f o r   t o r que   r i pp l e s   m i ni m i z a t i o i n   P M S M   us i ng   P S O . "   w o r k   3   ( 201 9) :   4.   [ 22]   A bde l g ha ni ,   D r a o ui ,   a nd  A l l a o ua   B o um e di e ne .   " I nde pe nde nt   C o nt r o l   O f   T w o   I nduc t i o M o t o r s   F e B y   T he   N i ne - S w i t c I nv e r t e r   F o r   U s e   I E v   A ppl i c a t i o ns ."   J our nal   o f   E ng i ne e r i ng  S c i e nc e   an T e c hn ol o gy ,   14. 5,   pp :   2991 - 3006 2019 .   [ 23]   A l i ,   M o ha m m e H a s a n ,   a nd  Q a s i m   A l   A z z e .   " D e s i g a nd  i m p l e m e nt a t i o a   s e c ur i t y   s y s t e m   f o r   ba nk  us i ng   vo i c e   r e c o g ni t i o n. "   I n t e r nat i on al   J our n al   o f   P ow e r   E l e c t r on i c s   a nd  D r i v e   Sy s t e m s ,   v 10 . i 4 ,   pp2 126 - 212 9 ,   20 19 .   [ 24]   A l i ,   M o ha m m e H .   " S pe e C o nt r o l   o f   ( S e dm )   A do pt i ng   C ho ppe r   C o nv e r t e r   A nd  P i   C o nt r o l l e r . "   D i y al J our na l   O f   E ngi ne e r i n Sc i e nc e s ,   8. 4,   pp :   355 - 36 4 20 15 .   [ 25]   Z e g a i ,   M .   L . ,   e t   a l .   " D i r e c t   t o r que   c o nt r o l   o f   I nduc t i o M o t o r   b a s e o a r t i f i c i a l   n e ur a l   ne t w o r ks   s p e e d   c o nt r o l   us i ng   M R A S   a nd  ne u r a l   P I D   c o nt r o l l e r . "   2015  I E E E   E l e c t r i c al   P o w e r   and  E ne r g y   C on f e r e nc e   ( E P E C ) .   I E E E 2015 .       B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S         A l i   N aj i m   A b d u l l ah   w a s   bo r i D i y a l a ,   I r a q,   i 1981 ,   r e c e i v e hi s   B . S c .   f r o m   U ni v e r s i t y   D i y a l a   /   I r a i 2003 ,   M .   S c .   f r o m   U ni v e r s i t y   o f   B e l go r o ,   R us s i a   , 20 13  . H e   i s   c ur r e nt l y   a s s i s t a n t   l e c t u r e r   a t   t he   D e pa r t m e nt   o f   E l e c t r i c a l   P o w e r   E ng i ne e r i ng ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   U n i v e r s i t y   o f   D i y a l a   I r a q.   P r o f e s s i o na l   S t r e ng t a nd   S k i l l s :   H i s   c u r r e nt   r e s e a r c i n t e r e s t s   a r e   po w e r   s y s t e m   m o de l i ng ,   po w e r   qua l i t y ,   po w e r   s t a b i l i t y ,   po w e r   r e l i a bi l i t y ,   r e ne w a b l e   e ne r gy ,   e l e c t r i c a l   m a c hi n e .   H e   h a s   10   y e a r s   e xpe r i e nc e   i pr a c t i c e   o f   E l e c t r i c a l   e ng i ne e r i ng .   H e   i s   t e a c h i ng   s e v e r a l   ba s i c   s ub j e c t s   o f   t he   E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i ng ,   U n i v e r s i t y   o f   D i y a l a   I r a q.   H e   h a s   2   pu bl i s h e pa pe r s         M o h am m e d   H a s an   A l i   w a s   bo r i D i y a l a ,   I r a q,   i 1 980 ,   r e c e i v e hi s   B . S c .   f r o m   U ni v e r s i t y   D i y a l a   /   I r a i 2006,   M Sc .   f r o m   U ni v e r s i t y   o f   B e l go r o ,   R us s i a   , 201 . H e   i s   c ur r e nt l y   a s s i s t a n t   l e c t u r e r   a t   t he   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   P o w e r   E ng i ne e r i ng ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t y   o D i y a l a   I r a q.   P r o f e s s i o na l   S t r e ng t a n S k i l l s :   H i s   c ur r e n t   r e s e a r c i nt e r e s t s   a r e   po w e r   s y s t e m   m o de l i ng ,   po w e r   qua l i t y ,   r e n e w a b l e   e n e r g y   a nd  po w e r   e l e c t r o ni c s .   H e   ha s   10   y e a r s   e xpe r i e nc e   i pr a c t i c e   o f   E l e c t r i c a l   e ng i ne e r i ng .   H e   i s   t e a c hi ng   s e v e r a l   b a s i c   s ub j e c t s   o f   t he   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   U n i v e r s i t y   o f   D i y a l a   I r a q.   H e   h a s   4   pu bl i s h e d   pa p e r s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.