I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b er   20 24 ,   p p .   6 2 2 5 ~ 6 2 3 6   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 14 i 6 . pp 6 2 2 5 - 6 2 3 6           6225       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Perf o rma nce   enh a ncement  o f   brus hless  direc t  cu rre nt  mo tor  under di ff e rent  n o v el optimiza tion  techniqu es       B a bu   As ho k ,   M a hes h K um a r   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s  En g i n e e r i n g ,   P u d u c h e r r y   T e c h n o l o g i c a l   U n i v e r s i t y ,  P o n d i c h e r r y ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 2 ,   2 0 2 3   R ev is ed   J u l 2 0 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Au g   6 ,   2 0 2 4       Th is  re se a rc h   p a p e r  p re se n ts  a   n o v e l  a tt e m p t  o f  sp e e d   c o n tr o l  f o r   b ru s h les s  d irec t  c u rre n t  (B LDC)  m o to r  in   lo w  p o we r/se rv o   m o to r   a p p li c a ti o n s.   Th e   p e rfo rm a n c e   is  m e a su re d   b a se d   o n   th e   sw ift n e ss   fo r  th e   re c o v e r y   o f  d e sire d   sp e e d   a m id st  in   d istu r b a n c e s,  se n siti v e   t o   su p p l y /mo t o r  l o a d   fl u c tu a ti o n s.   Th e   p r o p o rti o n a l   in teg ra l  (P I)  c o n tr o ll e r  is   c o m p e ten t   o n l y   f o r  l in e a r  ti m e   in v a rian t   sy ste m s.  Th e   sta te  o f   a rt  tec h n o l o g y   is,   P I   c o n tro l ler  is  u se d   wit h   m e tah e u risti c   o p ti m iza ti o n   a lg o r it h m s  v iz.  Ho n e y b e e   m a ti n g   o p ti m iza ti o n   (HBO ),   a rti ficia l  imm u n e   sy ste m   (AIS) ,   a n d   fro g   lea p in g   g u i d e d   a lg o rit h m   (F LG ),   fo r  fin e   t u n i n g   o f  g a in   c o e fficie n ts.  Earlier  li tera tu re   su r v e y   sh o ws   p o we r  q u a li ty   a n d   ti m e   d o m a in   s p e c ifi c a ti o n s  fo r  se p a ra te  a p p li c a ti o n s.  A n   in n o v a ti v e   a p p ro a c h   fo r   t h e   a s se ss m e n t  o f  p e rf o rm a n c e   in d ic a to rs  li k e   m a x imu m   o v e rsh o o t  ( ),   se tt li n g   ti m e   ( ),   p o we r  fa c to r  (P F )  a n d   to tal   h a rm o n ic  d isto r ti o n   (THD)   sim u l tan e o u sl y   i n   t h e   o p ti m ize d   P I   c o n tro ll e r   is   su g g e ste d .   By   a v o i d in g   l o c a l  o p ti m a   trap p i n g ,   t h is  m e th o d   g i v e s  b e tt e r   d y n a m ic  p e rf o rm a n c e   fo r  v a rio u s   tes t  c o n d it io n s.  M ATLAB/ S imu l in k   2 0 2 1 a   so ftwa re   is  u ti l ize d   in   th e   e x a m in a ti o n   o f   p e rfo rm a n c e   i n   v a rio u s   lo a d   a n d   sp e e d   sc e n a rio s,   su b se q u e n t ly   v a li d a ted   with   h a r d wa re   wh e re   c o st   e ffe c ti v e   Ard u i n o   c o n tr o ll e r  re p lac e d   p ro g ra m m a b le  in terfa c e   c o n tr o ll e rs  ( P IC )   m icro c o n tro ll e r.   K ey w o r d s :   Ar tific ial  im m u n e  s y s tem     B r u s h less   d ir ec t c u r r en t m o to r   Fro g   leap in g   g u id e d     Ho n ey b ee   m atin g   o p tim izatio n     Me tah eu r is tic  alg o r ith m   Sp ee d   co n tr o ller   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 :   B ab u   Ash o k   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics  E n g in ee r i n g ,   Pu d u ch er r y   T ec h n o l o g ical  Un iv er s i ty   Po n d ich er r y ,   I n d ia   E m ail:  b ab u ash o k 6 9 @ p tu n iv . ed u . in       1.   I NT RO D UCT I O N   New   d ev elo p m e n ts   in   co m p ac t  m o to r s   h av e   r ec en tly   r esu lted   f r o m   th e  in tr o d u ctio n   o f   s o p h is ticated   p o wer   elec tr o n ic  d ev ices  an d   co n tem p o r ar y   co n tr o l  en g i n ee r in g .   T h eir   s tr aig h tf o r war d   an d   ec o n o m ical  s p ee d - co n tr o llin g   tech n i q u es   an d   lin ea r   s p ee d - to r q u e  ch ar ac ter is tics   h av e  h elp ed   d ir ec t  cu r r en t  m o to r s  ac co u n t  f o r   m o r e  th an   7 0 %  o f   f r ac tio n al  h o r s ep o we r   m o to r s   u s ed   in   th e  elec tr ical  s ec to r   [ 1 ] .   Ho wev er ,   d ir ec t   cu r r en t  ( DC )     m o to r s   h av e  p alp ab le  d r awb ac k s   as  well,   li k e  a  s h o r ter   life s p an   d u e  to   m ec h an ical  f r ictio n   ac r o s s   th e  b r u s h es  a n d   c o m m u tato r   [ 2 ] .   On   th e   o th er   h an d ,   t h e  p er m an e n t  m a g n et   s y n ch r o n o u s   m o to r   ( PMSM)   in   th is   b r u s h less   d ir ec t  cu r r en t  ( B L DC )   m o to r   is   elec tr o n ically   co m m u tated .   I t  is   m ad e  u p   o f   th r ee   ar m atu r e  c o ils   in   th e  f ix ed   s ec tio n   an d   s p ec ial  m ag n ets  ( r ar e   ea r th )   c o n tain ed   in   t h e  s p in n i n g   p a r t.  C o m p ar e d   to   PMSM,   wh ich   h as  a   s in u s o id al  co u n ter - elec tr o m ag n etic  f o r ce   ( co u n ter - E MF)   wav ef o r m   s tr u ctu r e,   it  h as  a   non - s in u s o id al  ( c o u n te r - E MF)   an d   1 5 % m o r e  p o wer   d e n s ity   [ 3 ] .   Usi n g   an   elec tr o n ic  r eg u la to r ,   B L DC   m o to r s   elim in ate  a  co m m o n   d ef ec t  s ee n   in   m an y   co n v en tio n al  elec tr ic  d r iv es,  n am ely   th e  m ec h an ical  co m m u tato r   ( b r u s h es).   Ho wev er ,   th is   r estricts  th e  m o to r ' s   s ize   an d   o u tp u t.  T h er ef o r e,   f o r   th is   m o t o r   d r iv e  cir cu it  an   ac cu r ate  an d   c o m p le x   ac tu ato r   co n tr o ller   was r e q u ir ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   6 2 2 5 - 6 2 3 6   6226   T h e  s tr o n g   p er f o r m a n ce   an d   r esil ien ce   o f   th e  B L D C   m ar k et  d r iv e  its   r em ar k ab le  e x p an s io n .     Prio r   to   2 0 3 0 ,   B L DC   m o to r s   will  r ep lace   o th er   d r iv es  d u e   to   th eir   in cr ea s in g   p o p u lar it y   [ 4 ] .   R ed u ctio n   in   elec tr ical  co n n ec tio n s ,   m ec h a n ical  m is alig n m en ts ,   f in al  p r o d u ct  s ize,   an d   weig h t,  th e  d ev elo p m en t  o f   B L DC   m o to r s   is   ex p ec ted   to   im p r o v e  p r o d u ct  d u r ab ilit y   an d   d ep e n d ab ilit y .   Au to m o b iles ,   elec tr ic  tr ain s ,   r o b o tics ,   ae r o s p ac e,   h o m e   ap p lian ce s ,   co m p u ter   p er i p h er als,  th e   f o o d   an d   ch e m ical  in d u s tr ies,  h e alth ca r e  eq u i p m en t,   an d   m an y   m o r e  in d u s tr ial  ap p l icatio n s   ar e  a  f ew  o f   th e  m an y   u s es f o r   it  [ 5 ] .    T h e  p r im a r y   f ac to r s   th at   h av e  p alp ab le   in f lu e n ce   o n   th e   tr ac k in g   a n d   r eg u latio n   o f   B L DC   m o to r s   in clu d e  c o n tr o ller   d esig n   [ 6 ]   a n d   c o n tr o ller   g ai n   o p tim izatio n   [ 7 ] .   T h e   u s e  o f   h ig h l y   ef f ec t iv e  co n tr o ller s   o f   a  s m all  n u m b er   an d   in n o v ativ e  co n tr o l stra teg ies is   s ee n   in   lit er atu r e  f o r   a  ch a n g e  in   m o t o r   b eh av io r ,   with   f o cu s   o n   eith er   p o wer   q u ality   o r   t im e  d o m ai n   s p ec if icatio n   as  th e  r esear c h   g ap .   T h is   s tu d y   is   r elate d   to   th e   in v esti g atio n   o f   th e   ef f ec ts   o f   T im e  d o m ain   c h ar ac ter is tics ,   v iz. ,    ,  ,   ,      an d   p o wer   q u ality   is s u es  v iz. ,   p o wer   f ac to r   ( PF )   an d   to tal  h a r m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   s im u ltan eo u s ly   as  a  n o v el  attem p t.  A  v ar iety   o f   s p ee d   co n tr o ller s   a n d   s tate - of - th e - a r t  co n tr o llin g   tech n iq u es  h av e   b ee n   u s ed   f o r   s o lv i n g   th is   p r o b lem .   M etah eu r is tic   o p tim izatio n   is   a  u n iq u e  tec h n iq u e  th at  ca n   h a n d le  u n ce r tain ties   an d   n o n lin ea r   p ar am eter s .   Hen ce   it  h as  b ee n   u s ed   f o r   th e   f in e   tu n in g   o f   th e   co n tr o ller   g ain s   co n s id er in g   i ts   ab ilit y   to   p r o v id e   ap p r o p r ia te  s o lu tio n s   f o r   th e   p r o b lem s   in cr ea s ed   in   n o n lin ea r   p r o g r am m in g - h ar d   s itu atio n s   [ 8 ] .   T h e  th r ee   co n tr ib u tio n s   to   im p r o v e  th e   d y n am ic  p r o p e r ties   o f   B L DC   d r iv es a r e  lis ted   b elo w.   −   T h e  ar tific ial  im m u n e  s y s tem   ( AI S) ,  h o n ey b ee   m atin g   o p tim izatio n   ( HB O)   co n tr o l  s y s te m   is   in ten d e d   f o r   an aly s is   o f   th e  co n t r o ller ' s   p er f o r m an ce   in   ter m s   o f   s ev er al  m etr ics r elate d   to   m o to r   d y n a m ics.   −   T h e  f r o g   lea p in g   g u id ed   ( FL G)   alg o r ith m ,   s o m etim es  k n o wn   as  “ Fro g   ju m p in g   alg o r ith m ”   is   a  p o wer f u l  o p tim izatio n   tech n i q u e  in   t h e  d r iv e  cir cu its .     −   C o m p ar is o n   with   r esu lts   s ee n   in   h ar d war e ,   h elp s   v er if icatio n   o f   t h e  b e h av io r   o f   th e  m o to r   with   th e  u s e  o f   th e  s im u lated   o u tco m e.     T h e   p a p er   is   o r g an ize d   as  f o llo ws:   s ec tio n   2   d ea ls   with   o u tli n e.   Sectio n   3   d is cu s s es  s p ee d   co n tr o ller s   th at  u s e  d if f er en t  u n iq u e  o p tim izatio n s   s u ch   as  HB O,   AI S,  an d   FLG .   Sectio n   4   r ef er s   to   r esu lts   an d   d is cu s s io n ;  s ec tio n   5   p r esen ts   th e  h ar d war e  d esig n   an d   r esu lts .   Sectio n   6   r ef lects  th e  c o n clu s io n s   to   en s u r e   th at  it m ee ts   th e  b en ch m a r k s   s et  b y   th e  I E E E   s tan d ar d s   b y   c o m p ar in g   with   s im u lated   r esu l ts .       2.   WO RK - O UT L I NE     Var io u s   m et ah e u r is tic   al g o r it h m s   w it h   i n s p ir ati o n   f r o m   n atu r e  h av e   b ee n   d e v e lo p ed   r ec e n t ly   f o r   m a x i m at io n   o f   t h e  co n t r o l  s y s te m   g a in s   o f   B L DC   m o t o r s .   S m a r t  c o m p u ti n g   t ec h n iq u es  ar e  b ec o m i n g   in c r ea s i n g l y   p o p u l ar   i n   c o n tr o l  e n g in ee r i n g ,   as   d em o n s t r at ed   [ 9 ] .   I t  h as   b ee n   s u g g est e d   th e  a d a p ti v e   f u zz y   p r o p o r ti o n al – i n te g r a l – d e r i v ati v e   ( PI D )   c o n t r o l   s p ee d   f o r   im p r o v em en t in   t h e  s p e e d   c o n tr o l   ch ar ac t er is ti c  o f   t h e   B L DC   d r i v es   [ 1 0 ] .   An   ad a p ti v e   f u zz y   l o g ic   c o n tr o l le r   ( F L C )   a n d   a   s im p l e   P I D   c o n t r o lle r   a r e   c o m p o n e n ts   o f   th e   s u g g este d   s y s te m .   T h is   m e th o d   u s es   g e n et ic   al g o r it h m   ( GA)   f o r   th e  f i n e   t u r n in g   o f   t h e   c o n tr o l le r   g ai n s   f o r   th e   m a n a g em en t  o f   s p ee d   o f   t h e  B L DC   m o t o r   t ill   r ea c h es   a   s p e ci f ic   s t ea d y   s tat e  c o n d i ti o n .   A  GA   o p ti m iz ati o n   f u zz y - PI D  c o n t r o ll er   f o r   i m p r o v e m e n t  in   b e h a v i o r   c r ea t ed   [ 1 1 ] ,  ad a p ti v e   f ac t o r ,   m u l ti - o b j ec ti v e  e q u a ti o n   a n d   im p r o v e d   d if f e r e n t ial   e v o l u ti o n al   ( DE )   a p p r o a c h   ar e  u s e d   t o   o p ti m iz e  th e  g ai n s   o f   t h e  co n t r o ll er   [ 1 2 ] .   Par ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O) ,   is   a  m eth o d   f o r   in cr e asin g   co n tr o ller   g o als  [ 1 3 ] .   T h e  s tu d y   d em o n s tr ated   th at,   in   co m p ar is o n   to   GA - b ased   co n t r o ller s ,   th e  s u g g ested   PS O  b ased   a lg o r ith m   p r o d u ce d   lo wer   lev els  o f   o v er s h o o t  ( 6 3 . 9 4 %),   p ea k   tim e  ( 0 . 2 6   s ec o n d s ) ,   an d   co r r ec tio n   tim e  ( 1 . 4   s ec o n d s ) .   Acc o r d in g   to   th ese  f in d in g s ,   ch o ice  o f   th e  co n tr o ller ' s   p ar am eter   h as  a  m ajo r   im p ac t  o n   p er f o r m an ce .   T h e  au th o r s   u s ed   a   tr ad itio n al  ap p r o ac h   with   th i s   alg o r ith m   f o r   th e   ap p licati o n   o f   d r iv es.  Usi n g   an   e n h a n ce d   DE   ap p r o ac h ,     B eig   et  a l.   [ 1 4 ]   s u g g ested   s witch in g   p atter n   f o r   p u ls e  wid th   m o d u latio n   tech n iq u e  to   co n tr o l sp ee d .     T h e  s u cc ess f u l  ap p licatio n   d ep en d s   u p o n   c o m p o n en t  id e n tific atio n   in   p o we r   co n v er ter   b ased   o n   ap p licatio n   [ 1 5 ] .   T h is   tech n iq u e  is   u s ed   to   ac h iev e  th e  m in im izin g   er r o r   wh ile  m ax im izi n g   co n tr o ller   g ain s .   Salp   s war m   o p tim izatio n   alg o r ith m   was  p r o p o s ed   f o r   B L DC   m o to r s   with   s en s o r s   [ 1 6 ] .   I n   o r d er   t o   m a x im ize   th e  b en e f its   o f   a   co n v en tio n al  co n tr o ller ,   an   ad ju s tab le  s p ee d   an d   p o wer   f ac to r   c o r r e ctio n   co n t r o ller   is   p r o p o s ed   [ 1 7 ] ,   h o we v er   th ey   d id   n o t  an aly ze   t h e  T HD.   A  g r ey   wo lf   o p tim izatio n   tech n iq u e  was  p r esen ted   f o r   th e  o p tim izatio n   o f   t h e  g ai n s   o f   th e  p r o p o r tio n al – in te g r al  ( PID )   co n tr o ller   o f   B L DC   m o to r s   [ 1 8 ] .  Simu ltan eo u s   an aly s is   o f   th e   tim e  d o m ai n   s p ec if icatio n s   a n d   p o wer   q u ality   is s u es  th r o u g h   o p tim izatio n   is   th e   n ee d   o f   th e   h o u r   as  s h o wn   in   Fig u r e  1 .   T h is   will  en s u r e   h i g h er   im p ac t  in   th e  d r iv e   s y s tem .   I E E E   s tan d ar d   519 - 2 0 1 4   r ec o m m e n d s   th e  h ar m o n ics  lim its ,   lo wer   T HD  im p lies   lo w  elec tr o m ag n etic  in ter f er en ce   ( E MI ) ,  lo w  h ea tin g   a n d   lo w  ir o n   co r e  lo s s .   Stato r   v o lta g e  h ar m o n ics  ca n   g e n er ate  to r q u e   r ip p le,   wh ich   im p e d es   s m o o th   o p e r atio n   a n d   in c r ea s es  h ea t  an d   in   a d d itio n   t o   th at   p o s itiv e  s eq u en ce   c o m p o n en t   is   r esp o n s ib le  f o r   o v er h ea tin g   an d   n eg ativ e  s eq u en ce   co m p o n en t is r esp o n s ib le  f o r   to r q u e  r ip p le.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       P erfo r ma n ce   en h a n ce me n t o f  b r u s h less   d ir ec t c u r r en t m o to r   u n d er d iffer en t   …   ( B a b u   A s h o k )   6227       Fig u r e  1 .   Stru ctu r e  o f   co n tr o ller       3.   SPEE D   CO NT RO L L E R  U S I NG   VARIO U S O P T I M I Z A T I O NS - S I M UL AT E D  RE S UL T S   3 . 1 .     H o ney bee  m a t ing   o ptim iza t io n  ( H B O   t un ed  co ntr o ller  f o r  B L DC  m o t o r )   A  g o al  o f   o p tim izatio n - b ased   s o lu tio n s   in   th is   d i g ital  er a   is   to   r ed u ce   m a n u al   lab o r   an d   s o lu tio n   tim e.   R esear ch er s   h av e  p r o d u ce d   a  p leth o r a  o f   s o f twar e  p a ck ag es  th at  ac h iev e  th is   d u al  b en ef it.  Ho n e y   b ee   m atin g   o p tim izatio n   [ 1 9 ]   is   e m p lo y ed   as  a  s o f t  co m p u tin g   m eth o d   w h er e  iter atio n s   ar e  c ar r ied   o u t  u n til  th e   d esire d   s p ee d   is   r ea ch ed .   An n ea lin g   f u n ctio n   f o r   q u ee n   p r o b a b ilit y ,   ac ce p t  th  d r o n e  to   m ate  an d   im p r o v e  t r ial  s o lu tio n   is ,       (   ,  ) = [ − ∆ (  ) ( ) ]     ( 1 )     ∆ ( )   r ef er ,   m o d u l u s   v alu e  o f   f itn es s   d if f er en ce   with   d r o n e   an d   q u ee n .   W h en   m atin g   f lig h t is in   p r o g r ess   b o t h   q u ee n ’ s   s p ee d   a n d   e n er g y   r ed u ce   s im u ltan eo u s ly   af ter   ea ch   iter atio n .         ( + 1 )   =   ∞         ( )     ( 2 )     wh er e    €   [ 0 , 1 , 2 , … ]   an d   d ec ay   r ate  0 < ∞ < 1          ( + 1 ) =       ( ) −   ℎ      €   [ 0 , 1 , 2 … . ]                  ℎ    [ 0 , 1 ]   ( 3 )     Qu ee n   u p d ates its   en er g y   an d   s p ee d   with   th e  u s e  o f   ( 2 )   an d   ( 3 ) .   Ma tin g   f lig h t e n d s   wh en   th e  en er g y   lev el  f alls   b elo w  a  th r esh o l d   v alu e  ( clo s e  to   ze r o ) .   −   Qu ee n :   Hig h est we ig h tag e  in   t h e  clu s ter   at  th e  cu r r en t  in s tan t.   −   Dr o n e:   L o w  weig h ta g e     3 . 2 .     Art if icia l  im m un e  s y s t em   L if e  b ec o m es  f atal  i n   th e  a b s en ce   o f   im m u n e   s y s tem .   AI S  m im ics’  h u m an   im m u n o lo g y   ap p lied   to   co m p licated   is s u es.  A  s in g le  an tig en   ca n   b e  r ec o g n ized   b y   s ev er al  an tib o d ies.  As  s h o wn   in   Fig u r e  2 ,   AI S  d is tin g u is h es  b etwe en   an tig en   an d   an tib o d y ;  th is   p h e n o m en o n   is   u tili ze d   as  a  to o l  f o r   n o n lin ea r   a n d   tim e   v ar ian t a p p licatio n s   [ 2 0 ] – [ 2 2 ] .   T h e  f o llo win g   s tep s   ar e  in v o lv ed   in   th e   p r o ce s s .   a.   I n itializatio n   An tig en - v alu e  to   b e  o p tim ize d   is   o b jectiv e  f u n ctio n   ( )   an d   a n tib o d ies - co r r esp o n d i n g   s o lu ti o n   to   th e  p r o b lem s .   b.   C lo n in g                       ℎ     ,  = Ʃ   ( ∗ / )   ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   6 2 2 5 - 6 2 3 6   6228   wh er e  = 1 , 2 , 3   … ,     is   clo n e  n u m b er ,     m e an s   m u ltip lier   f ac to r ,   an d     r ef er s   an tib o d ies  p o p u latio n   s ize.   c.   Hy p er   m u tatio n   C lo n es   ar e  m u tated   in   in v e r s e  p r o p o r tio n   o f   a f f in ity   an d   N  an tib o d ies - s elec ted   f o r   th e   n e x t   iter atio n .   I f   an tib o d ies  m atch   an tig e n   ( th r esh o ld   v alu e)   th e n   c o n ce n tr atio n   i n cr ea s es  ‘ s tim u latio n ’   if   n o t   co n ce n tr atio n   d ec r ea s es ‘ s u p p r ess io n ’ .   d.   R ep ea t   I n tr o d u ce   a  r a n d o m   n u m b er   til l a n tib o d ies ar e  g e n er ated .   e.   E n d   Sto p p in g   cr iter ia  m et,   i.e . ,   a n tib o d y   c o n ce n tr atio n   will n u llif y   an tig en .           Fig u r e  2 .   An tig e n   n u llified   b y   an tib o d y       3 . 2 .     F ro g   lea pin g   wit h g lo ba l g ui ded a lg o rit hm   T h is   s tu d y   h as  d ev el o p ed   a  m etah eu r is tic  m eth o d   ca l led   f r o g   lea p in g   with   g l o b al  g u id e d   o p tim izatio n   ( FLG)   m ea n t  f o r   a  ch an g e  in   g ain   co ef f icien ts   f o r   c o n tr o l.   T h e   g lo b al   b est  f r o g   will  b e   r ep lace d   b y   wo r s t  f r o g   f o r   th e   cr ea tio n   o f   FLG,   th e  g l o b al  b est  f r o g   i s   u s ed   in   p lace   o f   th e  wo r s t  f r o g .   Me m es  in   FLG   th er ef o r e  s p r ea d   at  a  q u ick e r   r ate  o f   co n v e r g en ce .   T h e  o p tim al  v alu es  o f   th e  s ca lin g   f ac to r s ,   n am ely     a n d     o f   th e  c o n tr o ller ,   ar e   ascer tain ed   u s in g   th e  p r o p o s ed   FLG.   T h is   ap p r o ac h   h as  b ee n   v er i f ied   th r o u g h   s im u latio n s   an d   co n tr asted   wit h   r ea l - wo r ld   B L DC   d r iv e  im p l em en tatio n s .   A  s war m   o f   f r o g s   h as  b ee n   u s ed   in   FLG' s   p o p u latio n - b ased ,   ev o l v in g   m etah e u r is tic,   wh ich   m ax im izes  p r ey   [ 2 3 ] – [ 2 5 ] .   I ts   in teg r atio n   o f   a  m em ep lex   al g o r ith m   b ased   o n   g e n etic  ev o lu tio n   with   p ar ticle   s war m   o p tim izatio n   ( PS O)   is   a  m ajo r   f ac to r   in   its   s u cc ess .   T h e  PS O  alg o r ith m   s er v es  as  th e  f o u n d atio n   f o r   th is   m eth o d ' s   lo ca l  ex p lo r atio n ,   an d   th e  i d ea   is   in teg r atio n   o f   d ata  f r o m   co n c u r r e n t  lo ca l  s ea r ch es  o r ig in ates  f r o m   th e  s h u f f lin g   co m p lex   e v o lu tio n   m eth o d o lo g y .   Fro g   p o p u latio n   s h o ws  a  clu s ter   o f   p o ten tial  s o lu tio n s   in   FLG.   T h e  f r o g   s ets  wer e  d i v id ed   in to   s ev er al  m im etics’  g r o u p s ,   ea ch   o f   wh ich   r e p r esen ts   an   ex clu s iv e   tem p er am en t.  T h e  f r o g s   ten d   t o   co n g r eg ate  at  wh at  ap p ea r s   t o   b e  th e  b est;   th is   is   ju s t p r o v is io n al  an d   co u ld   b e   a  lo ca l  o p tim u m .   Ho wev e r ,   s o m e  m em etics  wer e  tak en   in   s u b - m em etics  to   av o id   en t r ap m e n t  in   lo ca l  o p tim a.   I t  is   b est  to   m o v e  th e  f r o g   th a t  is   at  th e  wo r s t  p lace .   A  n ew  g r o u p   k n o w n   as  m em eticist s   h as  b ee n   d ev elo p e d   th r o u g h o u t  m em ep lex   iter atio n s .   FLG  s tep s   in v o lv ed   ar e.   a.   Po p u latio n   cr ea tio n : T h e  in itia l p o p u latio n   ( f r o g s )   is   d ef in e d   as      = { , ,       = 1 , 2 , 3 … . }    ℎ    ℎ         ,      wh er e    is   th e  p o s itio n   o f   th   f r o g   a n d       r ep r esen ts   its   f itn ess .   T h e  f itn ess   v alu es  ar e  ar r an g ed   i n   d ec r ea s in g   o r d er .     b.   Sp litt in g   th e  m em etics:  Div id e  th e  p o p u latio n   in to     m em eticist s   { 1 , 2 , 3 … . . } ,   ea ch   c o n tain s     f r o g s   an d     = [ ( , ) ]   |   = + ( − 1 ) , = + ( − 1 )   ( 5 )     wh er e   = 1 , 2 , 3 … . . .   c.   Su b m em etics   cr ea tio n :   T h e   s tr ateg y   s elec tio n   o f   a  s u b m e m etics  ( f o r k   f r o g s )   in   e v er y   m em eticist s   h as   lar g er   p ar am ete r s   d is tr ib u ted   in   g o o d   lo ca tio n s .   B etter   p o s itio n   in   f r o g   s tr ateg y   h as  g r ea ter   weig h ts   allo ca ted   to   s u b m em etics h av i n g   tr ian g u lar   p r o b a b ilit y   d is tr ib u tio n   as  ( 6 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       P erfo r ma n ce   en h a n ce me n t o f  b r u s h less   d ir ec t c u r r en t m o to r   u n d er d iffer en t   …   ( B a b u   A s h o k )   6229   = 2 ( + 1 − ) ( + 1 ) ,         = 1 , 2 , 3 … ,           ( 6 )     d.   Su b m em etics  ev o lu tio n :  L et   is   th e  b est  lo ca tio n   an d      is   th e  wo r s t  lo ca tio n   in   s u b m em e tics .  T h en ,   lo ca l  e x p lo r atio n   s tar ts   f r o m   th e   wo r s t  f r o g   to   leap   in   b est  g r o u p .   T h e   cu r r en t  p o s itio n   is   u p d ated   b y   o n e  leap in g   s tep   as sh o wn   in   ( 7 ) .     l g + 1 = { min { in t [ r g ( p b es t g − p w o r s t g ) ] , l m ax   }   , if   p b es t g ≥ p w o r s t g min { in t [ r g ( p b es t g − p w o r s t g ) ] , − l m ax   }   , if   p b es t g < p w o r s t g        ( 7 )     wh er e   ( . )   d en o tes  th e  i n teg er   f u n ctio n   wh ich   co n v er ts   th e  s p e cif ied   v alu e  in to   an   in te g er   n u m b er ;   min ( . )   f u n ctio n   r etu r n s   th e  item   w ith   th e  lo west  v alu e  in   an   it er ab le;      is   m ax im u m   leap   s i ze ;     -   r an d o m   n u m b er   an d   - ev o lu ti o n   g en er atio n .   Mo r eo v e r ,   if   th e  cu r r e n t  lo ca tio n   is   b etter   th a n   wo r s t  f r o g ,   th en   wo r s t f r o g ’ s   p o s itio n   is   m o d if ied   as     + 1 = + + 1   ( 8 )     E ls e ,   th e  wo r s t f r o g   p o s itio n   b ec o m es g lo b al  o p tim a  h en ce     + 1 = { { [ (  −  ) ] ,    }   ,      ≥  { [ (   −  ) ] , −    }   ,      <    ( 9 )     wh er e       is   b est  p o s itio n   o f   th e  s war m .   I n   ca s e  if   th e  wo r s t  f r o g   f ails   to   im p r o v e   its   p o s itio n ,   a  r an d o m   p o s itio n   is   au to m atica lly   g en e r ated   to   r e p lace   it     + 1 = 1 + [ ( 1 − 2 ) ]   ( 1 0 )     wh er e  [ 1 , 2 ]   -   b o u n d a r y   f o r   p o s s ib le  lo ca tio n   o f   f r o g s .   T h e n ,   f r o g s   ar e   s o r ted   i n   d ec r ea s in g   o r d er ,   ascer tain ed   o n   elig ib ilit y .   A b o v e  s tep s   ar e  r ep ea ted   till   s u b m em etics   1   is   f o r m e d .     e.   T h e  r em ain in g   m e m etics  h av e  b ee n   r ea r r a n g ed   in   th e  d ec r ea s in g   o r d er   o f   f itn ess   o n   co m p letio n   o f   th is   lo ca l  in v esti g atio n .   T h is   is   k n o wn   as  m em eticist s   s h u f f lin g .   Un til  m em etic  ev o lu tio n   g en er atio n   2   i s   r ea ch ed ,   th e   g r o u p   is   d iv i d ed   i n to   m em eticist s ,   an d   th e  lo ca l  ex p lo r atio n   p r o ce s s   is   ca r r ied   o u t r ep ea ted l y .       4.   RE SU L T S WI T H   DI SCUS S I O N   Usi n g   MA T L AB /Si m u lin k   2 0 2 1   s o f twar e,   th e  B L DC   d r iv e  cir c u its   wer e  d esig n e d   f o r   th e   v er if icatio n   o f   t h e  s p ee d   o f   th is   in n o v ativ e  ap p r o ac h .   Usi n g   th e  FLG  tech n iq u e,   th e  ef f ec tiv en ess   o f   s p ee d   co n tr o l  f o r   B L DC   d r iv es  is   co n f ir m ed   u n d e r   v ar i o u s   test   s ce n ar io s .   T h e  AI S  a n d   HB O  ar e  s ee n   as  two   f u r th er   s o p h is ticated   co n tr o l  s y s tem s   with   th e  p er f o r m an ce   o f   c o m p ar is o n   with   FLG  co n tr o ller .   All  th e  th r ee   alg o r ith m s   wer e   u tili ze d   u n til  th e  r esu lts   wer e   o b tain ed .   T h r ee   d is tin ct  in s tan ce s   h av e  b ee n   tak en   in to   co n s id er atio n   f o r   a n aly s is   o f   t h e  p er f o r m an ce   o f   t h e  s u g g est ed   co n tr o l  s y s tem :  i)   s p ee d   r e s p o n s e  f o r   c o n s tan t  lo ad ,   ii)   s p ee d   r esp o n s e  f o r   s tep   ch an g e  in   lo ad ,   an d   iii)   r esp o n s e  f o r   v a r iab le  s p ee d .   I n   o p tim izatio n s   th e   co m p u tatio n   tim e  o f   alg o r ith m   is   p r o p o r tio n al  to   co n s tr ain ts ,   it  p r o ce ed s   iter ativ ely   s e le ctin g   a  n ew  s o lu tio n   u n til p r ed e f in ed   h alt  co n d itio n   is   m et.     4 . 1 .     Sp ee d r es po ns e  f o r  co ns t a nt  lo a d   4 . 1 . 1 .   Sim ula t io n r esu lt s   B L DC   m o to r s   ar e  d esig n ed   f o r   co n tin u o u s   d u ty .   I n te r ac tio n   o f   th e  m a g n etic  f o r ce s   o f   p er m an en t  m ag n et  ( r o to r )   with   elec tr o m a g n etic  f ield   o f   ar m at u r e  ( Stato r )   is   s ee n   in   th e   p r o d u ctio n   o f   to r q u e.   T h e   lo a d   to r q u e  d u r in g   a  lo a d   test   wh i ch   s h o u ld   b e  id en tical  to   th e  o p er atin g   to r q u e,   is   d eter m in e d   b y   th e  d u t y   cy cle   ( d )   wh ic h   th e   co n tr o ller   g en e r ates  b ased   o n   th e   s p ee d   er r o r ,   as  illu s tr ated   in   th e   b lo c k   d iag r am   Fig u r e   1   b elo w.   Fo r   d if f er e n t  o p tim iz atio n   s tr ateg ies,  Simu latio n   p r ed icts   p er f o r m an ce   f o r   d if f er en t  o p tim izatio n   s tr ateg ies  with   th e  u s e  o f   s tatic  lo ad in g   at  2 5 %,  5 0 %,  7 5 %,  an d   1 0 0 %  o f   f u ll  lo ad .   T a b le  1   an d   Fig u r e s   3   to   5  s u g g est  th at  FLG  is   s tr o n g   r o b u s tn ess ,   im p r o v ed   c o n v e r g e n ce   s p ee d   th an   to   HB O  an d   AI S.  T h e  alg o r ith m   s h o u ld   ch o o s e  “ d ”   as  th e  i d ea l  v alu e  c o n s id er in g   in cr ea s in g   th e  s witch in g   f r e q u en c y   will  r esu lt  in   m o r e   p u ls e   wid th   m o d u latio n   ( PW M)   lo s s es  an d   d ec r ea s in g   it  will  r esu lt   in   less   s y s tem   b an d wid t h ,   wh ich   co u ld   h ar m   th e   d r iv e  s y s tem   o r   ca u s e  s to p p ag e  o f   th e  m o to r .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   6 2 2 5 - 6 2 3 6   6230   T ab le  1 .   Per f o r m an ce s   f o r   d i f f er en t lo ad in g   @   2 0 0 0 r p m   M e t h o d   P e r f o r ma n c e   me t r i c s   2 5 %   5 0 %   7 5 %   1 0 0 %       I = 0 . 3 A   I = 0 . 6   I = 0 . 9   I = 1 . 2 A   H B O   TH D   1 5 . 9 4   1 6 . 2   1 8 . 2 2   2 0 . 7 1     80   1 4 0   2 1 0   2 6 0     0 . 6   0 . 8   0 . 9   1   PF   0 . 9 3 6 4   0 . 9 2 7 4   0 . 9 2 1   0 . 9 1 4 2   A I S   TH D   1 3 . 2 8   1 4 . 3   1 5 . 7   1 7 . 2 5     40   1 0 0   1 4 0   1 6 0     0 . 5   0 . 1 6   0 . 2   0 . 2 5   PF   0 . 9 5 8 6   0 . 9 5 1   0 . 9 4 7 5   0 . 9 3 6 1   F LG   TH D   7 . 6 7   1 1 . 9 6   1 2 . 4   1 3 . 6 2     30   80   1 2 0   1 5 0     0 . 0 9   0 . 1   0 . 1 5   0 . 2   PF   0 . 9 8 8   0 . 9 8   0 . 9 7 4   0 . 9 7 1           Fig u r e  3 .   Sp ee d   r esp o n s e  o f   B L DC   m o to r   @ 1 0 0 % lo ad in g             Fig u r e  4 .   T HD  co m p ar is o n   f o r   s tatic  lo ad in g     Fig u r e  5 .   PF   co m p ar is o n   f o r   s tatic  lo ad in g       4 . 2 .     Respo ns e  f o r  s t ep  cha ng e  in  lo a d us ing   o ptim iza t io ns   As   s h o wn   in   Fig u r e  6   an d   T ab le  2 ,   FLG  p er f o r m s   b etter   th an   o th e r   m et h o d s   f o r   d if f er en t  s tep   ch an g es  in   lo ad i n g   u n d er   d if f er en t  o p tim izatio n s .   I n d u ctio n   o r   elec tr o m ec h an ical  en e r g y   co n v e r s io n   is   th e   s am e  o p er atio n al  p r in ci p le  th at  u n d er p in s   all  elec tr ical  m o to r s ,   r eg ar d less   o f   th eir   v ar io u s   k in d s   an d   s izes.  Fas t  Fo u r ier   tr an s f o r m   ( FFT )   an aly s is   in   MA T L AB   is   u s ed   in   t h e  m ea s u r em e n t  o f   T HD  ( I E E E   s tan d a r d     519 - 2 0 1 4   r ec o m m en d s   th e  h a r m o n ics  lim its ,   lo wer   T HD  i m p lies   lo w  E MI ,   l o w  h ea tin g   an d   lo w  ir o n   co r e  lo s s   in   m o to r s ) ,   d o n e  in   ad d itio n   to   PF   in   B L DC   m o to r s ,   co n s id er in g   th e  m e n ac e  o f   T HD  f o r   th e  o v er h ea tin g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       P erfo r ma n ce   en h a n ce me n t o f  b r u s h less   d ir ec t c u r r en t m o to r   u n d er d iffer en t   …   ( B a b u   A s h o k )   6231   o f   win d in g s   th at  tr ip s   r elay s .   Step   ch an g es  in   lo ad in g ,   s u ch   as  p r ess in g ,   cu ttin g ,   an d   d r illi n g ,   ca n   b en ef it  f r o m   th e  s tep   ch an g e  i n   lo ad   a n aly s is .           Fig u r e  6 .   Sp ee d   r esp o n s es f o r   s tep   ch an g e  in   l o ad   u s in g   o p ti m izatio n   tech n iq u es       T ab le  2 .   Per f o r m an ce s   f o r   s te p   ch an g e  in   lo a d   M e t h o d   M e t r i c s   25 - 0%   0 - 7 5 %   75 - 5 0 %   50 - 1 0 0 %   H B O     80   2 2 0   75   2 0 0     0 . 5 0   0 . 7 0   0 . 6 0   0 . 6 5   PF   0 . 9 6 1   0 . 9 5 2   0 . 9 4 8   0 . 9 4 5   A I S     75   2 1 0   55   1 2 0     0 . 3 0   0 . 4 0   0 . 3 0   0 . 4 5   PF   0 . 9 7 3     0 . 9 6 5     0 . 9 1 7     0 . 9 5 7     F LG     70   1 1 0   50   1 0 0     0 . 2 0   0 . 3 0   0 . 2 0   0 . 4 0   PF   0 . 9 8 9     0 . 9 7 3     0 . 9 9 0     0 . 9 7 1         4 . 3 .     Respo ns e  f o r  v a ria ble sp ee d   T h is   r esear ch   is   m o s t  h elp f u l   f o r   g ettin g   an   u n d er s tan d i n g   o f   th e  d y n am ics  o f   a n   elec tr ic  tr ain   d u r in g   its   th r ee   p h ases   o f   o p e r atio n :   ac ce ler atio n ,   r u n n in g ,   an d   b r ak in g .   T h e  g o al  is   to   p r o v i d e   p ass en g er s   with   a  co m f o r ta b le  r id e  wh ile  ca u s i n g   th e  least  am o u n t  o f   wea r   an d   tear   o n   th e  m o v in g   p a r ts .   T h e  s im u latio n 's   o u tp u t  an d   wav e f o r m s   s h o wn   in   Fig u r e  7   an d   T ab le  3   d em o n s tr ate  th e  o u tp er f o r m an ce   o f   th e  FLG - s p o n s o r ed   o p tim izatio n   m eth o d   with   th e  o th er   two   m eth o d s   in   ter m s   o f   ,  ,   PF ,   an d   T HD.           Fig u r e   7 .   Sp ee d   r esp o n s es f o r   v ar iab le  s p ee d   @   co n s tan t ( F UL L )   lo ad   u s in g   o p tim izatio n   tech n iq u es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   6 2 2 5 - 6 2 3 6   6232   T ab le  3 .   Sp ee d   ch an g e  @   co n s tan t ( f u ll)  lo ad   M e t h o d   P e r f o r ma n c e   M e t r i c s   0   t o   1 , 5 0 0   1 , 5 0 0   t o   1 , 2 5 0   1 , 2 5 0   t o   1 , 0 0 0   1 , 0 0 0   t o   1 , 2 5 0   1 , 2 5 0   t o   1 5 , 00   H B O     2 2 5   1 0 0   90   1 2 5   1 2 0     0 . 7   0 . 5   0 . 5   0 . 6   0 . 6   PF   0 . 9 5 8   0 . 9 6 2   0 . 9 7 0   0 . 9 7 3   0 . 9 6 5   TH D   2 0 . 7 1   1 9 . 6 3   1 7 . 8 8   1 9 . 1 2   2 0 . 6 7   A I S     2 0 0   10   10   1 0 0   1 1 5     0 . 3   0 . 1 5   0 . 1 5   0 . 2 5   0 . 1 5   PF   0 . 9 6 8     0 . 9 7 3   0 . 9 8 7     0 . 9 7 8   0 . 9 6 2     TH D   1 7 . 2 5   1 6 . 6 1   1 5 . 1 6   1 6 . 4 9   1 6 . 8 5   F LG     1 5 0   10   08   50   1 1 0     0 . 2   0 . 1 0   0 . 1 0   0 . 1 5   0 . 1 0   PF   0 . 9 7 1   0 . 9 8 4   0 . 9 9 2   0 . 9 8 1   0 . 9 7 4   TH D   1 3 . 6 2   1 2 . 5 7   1 1 . 9 8   1 2 . 0 5   1 3 . 0 3       4 . 3 . 1 .   H a rdwa re   re s ults    T h e   r e s u l ts   o f   t h e  s i m u l a ti o n   w e r e   v e r i f i e d   u s i n g   a   h a r d wa r e  t e s t .   T h e   tw o   m a i n   f o r m s   o f   o p t i m i z a ti o n   a l g o r i t h m s   i n   t h e   m o d e r n   d i g i t a l   a g e   w e r e   s e e n   a s   d e t e r m i n i s t i c   a n d   s t o c h a s t i c .   O p ti m i z at i o n   i s   w i d e l y   u s e d   f o r   a d d r e s s i n g   c o m p l i c at e d   p r o b l e m s .   A l t h o u g h   d e t e r m i n i s t i c   a l g o r i t h m s   a n d   s t o c h a s t i c   a l g o r i t h m s ,   w h i c h   d e a l   w i t h   t h e   b r a i n c h i l d   H B O ,   A I S ,   a n d   F L G   i n   t h i s   d r i v e   c i r c u i t ,   ca n   b e   e a s i l y   i m p l e m e n t e d   b y   m a i n t a i n i n g   a c t u a l  d y n a m i c s   as   s h o w n   i n   F i g u r e   8 ,   T a b l e s   4   a n d   5 ,   t h e   d e t e r m i n is t i c  a l g o r i t h m ' s   o b je c t i v e  f u n c ti o n   r e q u i r e s   c e r t a i n   c o n s t r a i n ts   o r   a s s u m p t i o n s ,   wh e r e a s   t h e   s t o c h as t i c   al g o r i t h m   i s   n o t   c o n f i r m e d .   D is c r e te   v a l u e s   m a k e   B L DC   m o t o r   d r i v e   a   c o m p l i c a te d   f u n c t i o n   f o r   b u i l d i n g ,   w i t h   t h e   r e q u i r e m e n t   o f   u n i q u e   c o n t r o l   s t r at e g y .   W h i le  c o m m u t a t i n g   c u r r e n ts   a r e   d ela y e d ,   a   d e c r e as e   i n   r e s i s t a n ce   p r o v i d e s   a  b o o s t   t o   t h e   s t at o r ' s   el e c t r ic a l   t i m e  c o n s t a n t  a n d   s t e a d y   s t at e   c u r r e n t .   I n c r e as i n g   r es is t a n c e  r e s u l t s   i n   m o r e  l o s s   a n d   a  d e c r e as e   i n   e f f i ci e n c y ,   it  r e q u i r e s   a t t e n t i o n   f o r   t h e   d e t e r m i n a t i o n   o f   a p p r o p r i a t e   s p e e d   m a n a g e m e n t .   A   2 %   t o l e r a n c e   f o r   s p e e d   v a r i a t i o n   h a s   b e e n   t a k e n   i n t o   c o n s i d e r a tio n   a s   p e r   t h e   i n t e r n at i o n a l   s t a n d a r d s .           Fig u r e  8 .   Sn a p s h o t o f   r ea l tim e  lab o r ato r y   m o d el  h ar d war e  s etu p       T ab le  4 .   Har d war e  r esu lts   @ 1 5 0 0   R PM   M e t h o d s   P e r f o r ma n c e   me t r i c s   Lo a d i n g     2 5 %   5 0 %   7 5 %   1 0 0 %   H B O   I L   3 . 4   6 . 8   1 0 . 2   1 3 . 5   TH D   2 8 . 9   3 6 . 2   4 2 . 3   4 8 . 4   PF   0 . 8 9 1 2   0 . 8 1 5 3   0 . 7 8 2 1   0 . 6 8 5 1   S p e e d   e r r o r   90   1 3 0   1 9 5   2 9 0   A I S   I L   3 . 4   6 . 8   1 0 . 2   1 3 . 5   TH D   1 8 . 6   2 2 . 5   2 5 . 8   2 7 . 3   PF   0 . 9 1 2 0   0 . 8 2 6 3   0 . 7 9 1 2   0 . 7 1 2 5   S p e e d   e r r o r   80   1 2 0   1 8 0   2 5 0   F LG   I L   3 . 4   6 . 8   1 0 . 2   1 3 . 5   TH D   8 . 3   1 2 . 2   1 5 . 4   1 7 . 6   PF   0 . 9 8 1 2   0 . 9 1 2 5   0 . 9 0 2 5   0 . 9 0 1 2   S p e e d   e r r o r   7   12   16   18   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       P erfo r ma n ce   en h a n ce me n t o f  b r u s h less   d ir ec t c u r r en t m o to r   u n d er d iffer en t   …   ( B a b u   A s h o k )   6233   T ab le  5 .   C o m p a r is o n s   o f   s im u lated   r esu lts   with   h ar d war e  f o r   o p tim izatio n s ,   Set sp ee d =1 5 0 0   r p m   M e t h o d   P e r f o r ma n c e   me t r i c s   Lo a d i n g     2 5 %   5 0 %   7 5 %   1 0 0 %   S i ml n .   H a r d w r .   S i ml n .   H a r d w r .   S i ml n .   H a r d w r .   S i ml n .   H a r d w r .   H B O   TH D   1 5 . 9 4   2 8 . 9   1 6 . 2 0   3 6 . 2   1 8 . 2 2   4 2 . 3   2 0 . 7 1   4 8 . 4   PF   0 . 9 3 6 4   0 . 8 9 1 2   0 . 9 2 7 4   0 . 8 1 5 3   0 . 9 2 1 0   0 . 7 8 2 1   0 . 9 1 4 0   0 . 6 8 5 1   S p e e d   e r r o r   3 9 . 9   90   9 9 . 9   1 3 0   1 5 0   2 0 0   2 1 9 . 9   2 8 9 . 9   A I S   TH D   1 3 . 2 8   1 8 . 6   1 4 . 3 0   2 2 . 5   1 5 . 7 0   2 5 . 8   1 7 . 2 5   2 7 . 3   PF   0 . 9 5 8 6   0 . 9 1 2 0   0 . 9 5 1 0   0 . 8 2 6 3   0 . 9 4 7 5   0 . 7 9 1 2   0 . 9 3 6 1   0 . 7 1 2 5   S p e e d   e r r o r   1 9 . 9 5   7 9 . 5   90   1 2 0   1 0 9 . 9 5   1 8 0   1 9 9 . 9 5   2 4 9 . 9   F LG   TH D   0 7 . 6 7   0 8 . 3   1 1 . 9 6   1 2 . 2   1 2 . 4 0   1 5 . 4   1 3 . 6 2   1 7 . 6   PF   0 . 9 8 8   0 . 9 8 1 2   0 . 9 8 0   0 . 9 1 2 5   0 . 9 7 4   0 . 9 0 2 5   0 . 9 7 1   0 . 9 0 1 2   S p e e d   e r r o r   1 . 9 5   6 . 9   4 . 9 5   12   9 . 9   1 5 . 9   15   18       5.   H ARDWA R E   DE SI G N   C o u p lin g   a  m o t o r   with   s m all  v alu e  o f   m ec h an ical  tim e  co n s tan t  with   lar g e  in er tial  lo ad ,   s h all  r esu lt  in   lo s in g   th e  m er it  o f   h av in g   a  s m all  m o m en t  o f   in er tia.   W h er ea s ,   wh en   th e  m o to r   with   a  lar g e  m o m en t  o f   in er tia  if   u s ed   f o r   d r iv in g   lig h t  lo ad ,   th e  m o to r   ef f icien cy   will  b e  r ed u ce d .   T h e  m o s t  im p o r tan t  f ea tu r e  o f   B L DC   m o to r   is   its   ab ilit y   to   b alan ce   th e  p o wer   co n v e r ter   an d   lo ad   r eq u i r em en ts   th r o u g h   elec tr o n ic   co m m u tatio n .   An   ex p e r im en ta l  p r o t o ty p e   o f   th e   p r o p o s ed   co n tr o ller   is   s h o wn   in   Fig u r e   8 .   A  b r id g eless   b u ck   b o o s t  co n v er te r   in ten d ed   f o r   o p er atio n   in   d is co n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d e  ( DC M )   eith er   in d u cto r   cu r r en t  o r   ca p ac ito r   v o ltag e  is   d is co n tin u o u s   wh ich   is   a  p r er e q u is ite  f o r   th e  d esig n   [ 1 7 ]   o f   d r iv e  cir cu its   an d   in   a d d itio n   to   th at  to   av o id   g ea r   r ed u ce r ,   c o u p lin g ,   an d   p u lley ,   p o wer   c o n v er ter   is   ac tiv ated   b y   co n tr o ll er .   a.   Du ty   r atio   ca lcu latio n   T h e  m o to r   p o wer   r atin g   is   7 5 0   W   an d   th e  co n v er ter   p o wer   is   850   W .   L et  th e  s u p p ly   v o ltag e   be   220   V   r o o t  m ea n   s q u a r e  ( R MS )   v alu e ,   th en   in p u t v o ltag e   is        = 2 √ 2 = 2 √ 2 × 220 = 198     ( 1 1 )     Vol ta ge       r a tio , =   +      ( 1 2 )       L et  th e  v o ltag e  lim its   ac r o s s   d c  lin k   co n tr o l b e      ( ) , = 50   ,      (  ) = 200       a nd     (  ) = 100     an d   th e  c o r r esp o n d in g   d u ty   r atio   =  0 . 2 0 1 7   an d    =  0 . 5 0 2 4   r esp ec tiv ely .   b.   I n p u t  in d u cto r s   ( 1   an d   2 ) – d esig n     = ( 1 − ) 2 2     ( 1 3 )       is   ca lcu lated   at    th e  v o ltag e   is      ( ) = 50     th e  co r r esp o n d in g   p o wer   is   1 9 0   watts   =  ( ) 2 × ( 1 − ) 2 2 = 50 2 1 90 × ( 1 − 0 . 2016 ) 2 2     20000 =   209 . 69   µH     ( 1 4 )     1   is   tak en   as   10 ,     Hen ce   1 = 2 = 25   µ     ( 1 5 )     T h is   s ize,   weig h t a n d   co s t o f   th e   b u c k   b o o s t c o n v er te r   ( BBC )   is   r ed u ce d .   c.   DC   lin k   ca p ac ito r ,     –   d esig n     = 2   ∆  =  ( ) ⁄ 2   ∆  = 850 100 ⁄ 2 × 314 × 0 . 03 × 100     ( 1 6 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   6 2 2 5 - 6 2 3 6   6234   Ass u m in g   p er m is s ib le  v o ltag e   r ip p le  ac r o s s   th e  d c  lin k   v o lta g e  o f     3% = ∆  = 4511 . 67   µF   ( 1 7 )     Hen ce   th e  n ea r est v alu e   is   5 0 0 0   µF .   d.   Fil ter   cir cu it   A  s ec o n d   o r d e r   lo w  p ass   in d u ctan ce   ca p ac itan ce   ( LC )   f ilt er   is   ap p lied   ac r o s s   th e  s u p p ly   f o r   th e  elim in atio n   o f   n eg ativ e  a n d   ze r o   s eq u en ce   co m p o n en ts   as we ll a s   h ig h er   o r d er   h ar m o n ics.     =   ( Ф ) = 850 220 ⁄ 314     √ 2     220  ( 1 )     ( 1 8 )   = 690 . 32        = +     ( 1 9 )     L et  L s = 4%   o f   b ase  im p e d an ce     = 1 4π 2 fc 2 C f + 0 . 04 ( 1 ω ) ( Vs 2 P o )     ( 2 0 )     = 1 4π 2 × 2000 2 × 690 . 32 × 10 − 2 + 0 . 04 314 ( 220 2 850 )   =   0 . 00917347 032   +   0 . 0072536530 5 =   0 . 0164   =   16        ( 2 1 )       5 . 1 .     E x perim ent a l set up   Har d war e  r esu lts   d etailed   in   T ab le  4   is   co m p ar ed   with   s im u latio n   r esu lts   v i d e  T a b le  5 .   Ver if icatio n   o f   th e  o u tco m es  o f   th e  s im u latio n   f o r   t h e  m o to r   p ar a m eter s   is   m en tio n ed   in   T a b le  6 .   HB O  s ee n   h av in g   len g th y   s ea r ch   d u r atio n   co u l d   g et   s tu ck   in   lo ad   o p tim a  d etails  ar e  s ee n   in   b o th   s im u l atio n   an d   h a r d war e.   R ec o g n itio n   o f   alien   th in g s   h elp ed   th e   im m u n e  s y s tem ,   s o m etim es  r ef er r e d   to   as  “ th e   s ec o n d   b r ain ”   in   th e   cr ea tio n   o f   s elf /n o n - s elf ,   n o n - lin ea r   n etwo r k s   f r o m   v ar io u s   an tib o d ies.  T h is   ca n   u tili ze   th e  im m u n o l o g ical   law  f o r   c o n tr o l   an d   er ad icatio n   o f   an tig en .   An y   d is r u p tio n   i s   also   elim in ated   b y   th e  s o f tw ar e  s o lu tio n ,   wh ich   u s es  d ig ital  f ilter in g ,   in s tr u cti o n   r ed u n d a n cy ,   s o f twar e  d ela y /r eset  an d   s m o o t h in g   r ea ct o r /f ilter   in   h ar d war e   f o r   th e  r eg u latio n   o f   B L DC   d r iv es.       T ab le  6 .   B L DC   m o to r   p a r am e ter s   ( f o r   Har d wa r e)   P a r a me t e r s   V a l u e   N u mb e r   o f   p o l e s   4   P o w e r   7 5 0   W a t t s   V o l t a g e   4 8   V o l t s   C u r r e n t   1 3 . 5   A mp   S p e e d   1 , 5 0 0   r p m   To r q u e   18   Nm   P e a k   t o r q u e   2 4   N m   To r q u e   c o n st a n t ,   K T   0 . 8 6   R o t o r   i n e r t i a   2 . 5   K g       6.   CO NCLU SI O N   T h e  co n tr o ller   o p tim izatio n   p r o ce s s   an d   c o n tr o ller   d esig n   ar e  cr itical  to   th e   tr ac k in g   a n d   c o n tr o llin g   p er f o r m an ce   o f   B L DC   m o to r s .   Hen ce   p r o p o r tio n al  an d   in teg r al  g ain   v al u es  ar e  p r ed eter m in e d   f o r   co n v en tio n al  f ix e d   g ain   m eth o d s ,   in d ep e n d en t   o f   test   co n d itio n s ,   g o o d   r esu lts   ca n n o t  b e  o b tain e d   f o r   all  o p er atio n al   m o d es.   Ad d itio n al ly ,   th e  o u td ated   m eth o d   d o es  n o t  g u ar an tee   wo r k in g   f o r   o n e   o r   m o r e   p ar am eter   in d icato r s   s u ch   as  p ea k   o v e r s h o o t,  s ettlin g   tim e ,   p o wer   co n s u m p tio n ,   s tead y - s tate  ac cu r a cy .   T h e   d r i v e  cir cu it   r eq u ir es  th e   em p lo y m en t  o f   m an y   m eta h eu r is tic  o p tim izat io n   m eth o d s ,   in clu d in g   HB O,   AI S ,   an d   FLG,   f o r   th e  attain m en t  o f   t h e  ex ac t  s p ee d   co n tr o l.   E f f ec tiv e  f in e   tu n in g   f o r   th e   s p ee d   co n tr o l  was  tak en   as  th e  o b jectiv e  f o r   th e  ac h ie v em en t  o f   g o o d   p er f o r m an ce .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.