I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS)   Vo l.  1 6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 2 5 ,   p p .   64 2 ~ 65 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 6 . i1 . p p 64 2 - 65 6         642     J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Dev elo pment  o f  r a ndo m pulse wid t h mo dula tion te c hnique  for v o ltag e so urce  inverter  drives       Q uo Da t   L uo ng 1, 2 ,   M a nh   Duc  Ng uy en 1, 2 ,   M inh   K ho i H u y nh 1, 2 ,   P hu   Co ng   Ng uy en 1, 2, 3 ,     Q uo Dung   P ha n 1, 2   1 F a c u l t y   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 ,   H o   C h i   M i n h   C i t y   U n i v e r si t y   o f   T e c h n o l o g y ,   H o   C h i   M i n h   C i t y ,   V i e t n a m   2 V i e t n a m N a t i o n a l   U n i v e r si t y   H o   C h i   M i n h   C i t y   ( V N U - H C M ) ,   H o   C h i   M i n h   C i t y ,   V i e t n a m   3 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 E n g i n e e r i n g ,   H o   C h i   M i n h   C i t y   U n i v e r si t y   o f   I n d u st r y   a n d   Tr a d e ,   H o   C h i   M i n h   C i t y ,   V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   2 2 ,   2 0 2 4   R ev is ed   No v   1 8 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   No v   2 8 ,   2 0 2 4       In   t h is  re se a rc h ,   th e   stru c tu re   se l e c ti o n   o f   th e   c a rriers   in   th e   imp le m e n tatio n   o ra n d o m   p u lse   wid t h   m o d u lati o n   (RP W M m e th o d   fo r   sin g le - p h a se   v o lt a g e   so u rc e   in v e rter  (VSI)   d riv e is   sp e c ifi e d   b y   a   1 6 - b it   b in a ry   se q u e n c e .   S u b se q u e n tl y ,   th e   g e n e ti c   a lg o r it h m   (G A)  is  u se d   to   fi n d   th e   s o lu t io n   o f   th e   o p ti m a se q u e n c e   a ll o wi n g   th e   o u tp u t   v o lt a g e   si g n a l   to   a c h iev e   t h e   m in imu m   to tal  h a rm o n ic  d isto r ti o n   (THD).   In   a d d it io n ,   t h e   h a rm o n ic  s p re a d in g   fa c to r   (HSF is  f u rth e a n a l y z e d   t o   e v a l u a te  th e   a c o u st ic  n o ise   a n d   e lec tr o m a g n e ti c   in terfe re n c e   (EM I)   o f   th e   o p e ra ti o n   o f   e lec tro m e c h a n ica sy ste m .   F i n a ll y ,   th ro u g h   h a rd wa re   tes ti n g   p r o c e ss ,   th e   sim u lati o n   re su lt s   a re   v a li d a ted   i n   o r d e r   to   e n su re   t h e   re li a b il i ty   o o u re se a rc h   fin d i n g s.   Th e   m a in   c o m p o n e n ts  o t h i s   tes ti n g   p r o c e ss   a re   LAUN CHX L - F 2 8 3 7 9 u ti li z e d   t o   g e n e ra te  c o n tr o ll i n g   p u lse f o t h e   m o d u les   in su late d   g a te  b ip o lar  tra n sisto rs  (IG BT),   a n d   two   EVAL - 1 EDI6 0 I1 2 AF  g a te  d riv e m o d u les   fo re a li z in g   th e   f u ll - b r id g e   in v e rter.   K ey w o r d s :   EMI   Gen etic  alg o r ith m   Op tim izatio n   R an d o m   PW M   T HD   T h is i 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 :   Qu o Du n g   Ph an   Facu lty   o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g in ee r in g ,   Ho   C h i M in h   C ity   Un iv er s ity   o f   T ec h n o lo g y   2 6 8   L y   T h u o n g   Kiet  Stre et,   Dis tr ict  1 0 ,   Ho   C h i M in h   C ity   7 0 0 0 0 0 ,   Vietn am   E m ail: p q d u n g @ h cm u t.e d u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   c o n tem p o r ar y   ap p licatio n s ,   th c o n v e n tio n al   s in u s o id al  p u ls wid th   m o d u latio n   ( SP W M)   co n t r o tech n iq u is   p r ev ale n tly   u tili ze d   f o r   m o to r   c o n tr o l.  Ho we v er ,   it  en g en d er s   d e g r ad atio n   in   v o ltag q u ality   af ter   m o d u latio n ,   attr ib u tab le  to   th em er g en ce   o f   s u b s tan tial  h a r m o n ic  am p litu d es  in   p r o x im i ty   to   th s witch in g   f r eq u e n cy .   T h is   p h en o m e n o n   p r ec i p itates  au d ib le   m ec h an ical  n o is e,   v ib r ati o n s ,   a n d   elec tr o m ag n etic   in ter f er en ce   d u r in g   th o p e r at io n   o f   elec tr o m ec h a n ical  s y s t em s   [ 1 ] .   p leth o r o f   s o lu tio n s   to   m itig ate  th is   is s u h av b ee n   p r o p o s ed   b y   v ar io u s   r esear ch er s   i n   p r ec ed in g   s tu d ies.  T h e   ar ticle  [ 1 ] ,   [ 2 ]   p r esen ted   th r an d o m   ca r r ier   PW ( R C P W M)   m et h o d   u s in g   p s eu d o - r an d o m   b it   s eq u en ce   ( PR B S).   T h r an d o m   r ef er en ce   PW ( R R - P W M)   an d   r a n d o m   r e f er en ce   an d   r a n d o m   ca r r ier   PW ( R R R C - PW M)   m eth o d   wi th   th r an d o m n ess   in tr o d u ce d   in   b o t h   g e n er atio n   o f   m o d u latin g   s ig n al  a n d   s elec tio n   o f   ca r r ie r   s ig n al  we r m en tio n ed   in   th e   [ 3 ] .   Nay ee m u d d i n   et  a l.   [ 4 ]   d is cu s s es  th im p lem en tatio n   o f   r an d o m   m o d u latin g - ca r r ier   P W alg o r ith m   f o r   ca s ca d ed   m u ltil ev el  i n v er ter   f e d   in d u ctio n   m o to r   d r iv e.   T h e n co d in g   o f   a   r an d o m   ca r r ier   as  g en e,   th e   r an d o m   ca r r ier   s eq u en ce   co r r esp o n d in g   to   ch r o m o s o m e ,   an d   th f i tn ess   f u n ctio n   as  th r ec ip r o c al  o f   th m ax im u m   am p litu d o f   th e   h ar m o n ic  s p e ctr u m   f o r   R C PW b ased   o n   t h g en etic   alg o r ith m   d escr ib e d   wer p r o p o s ed   in   [ 5 ] .   Oth er s   s tr ateg ies  in v o l v e   th u tili za tio n   o f   r an d o m ize d   ca r r ier   f r eq u e n cy   m o d u lati o n   ( R C FM)   [ 6 ] - [ 8 ] ,   ch ao tic  ca r r ier   r a n d o m   p u ls wid th   m o d u latio n   ( C C R P W M )   [ 9 ]   an d   r an d o m ized   p u ls p o s itio n   m o d u latio n   ( R PP M)   as we ll a s   th d u al  R PW m eth o d o lo g y ,   wh ich   a m alg am ates th R C FM  an d   R PP s ch em es,  is   al s o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Dev elo p men t o f ra n d o p u ls w id th   mo d u la tio n   tec h n iq u e   fo r   vo lta g s o u r ce     ( Qu o c   Da t   Lu o n g )   643   ap p lied   in   [ 8 ] .   B esid es  th at,   th im p lem e n tatio n   o f   th e   r an d o m   s p ac v ec to r   p u ls e   wid th   m o d u latio n   ( R SVP W M)   tech n iq u is   f r eq u en tly   em p lo y e d   as  an   ef f icac io u s   s o lu tio n   f o r   th g en er atio n   o f   r an d o m n ess   ca r r ier   [ 1 0 ] - [ 1 4 ] .   Fu r t h er m o r e,   th R PW alg o r ith m   ca n   also   b a p p lied   i n   p h o to v o ltaic  ( P V)   in v er ter   s y s tem s   f o r   d o m esti u tili za tio n   [ 1 5 ] .   I n   th e   p r esen s tu d y ,   a   n o v el  a p p r o ac h   f o r   th e   d e v elo p m e n t o f   R PW tech n iq u em p lo y e d   in   s in g le - p h ase  v o ltag e   s o u r ce   in v er te r   ( VSI )   will  b e   in v esti g ated .   T h c o n f ig u r atio n   o f   ca r r ie r   s tr u ctu r es  in   th is   tech n iq u is   ch ar ac ter ized   b y   1 6 - b it  b i n ar y   s eq u e n ce .   T wo   d if f er en m eth o d s   f o r   ca r r ier   r eg u latio n   ar e   p r o p o s ed   in   r elatio n   to   th e   alg o r ith m   m e n tio n ed   a b o v e .   Su b s eq u en tly ,   t h g en etic  al g o r ith m   ( GA )   is   ap p lied   to   d eter m in th e   o p tim al   b in ar y   s eq u en ce   s o l u tio n ,   t h er eb y   allo win g   th o u tp u v o ltag s ig n al  to   a ttain   th e   m in im u m   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD ) .   c o m p r eh en s iv an aly s is   o f   th h a r m o n ic  s p ec tr u m   s tr u ctu r o f   th o u tp u t v o ltag s ig n al  is   also   co n d u cted   th r o u g h   th ca lc u latio n   o f   th HSF.       2.   T H E   P RO P O SE RP W M   T E CH NIQU E S   W ith in   th f r am ewo r k   o f   t h e   R PW tech n iq u e,   th s in u s o id al  a lter n atin g   cu r r en ( AC )   r ef er e n ce   v o ltag s ig n al  is   co m p ar ed   wit h   th h ig h - f r eq u en cy   r an d o m   t r ian g u lar   ca r r ier   s ig n al  in   r ea l - tim s ettin g .   T h is   co m p ar is o n   is   in s tr u m en tal  in   ascer tain in g   th s witch in g   s tat es  f o r   th e   g ates  o f   th I GB T   p o wer   m o d u les  with in   s in g le - p h ase  VSI .   Fu r t h er m o r e,   th lev el - s h if ted   a p p r o ac h   i s   s elec ted   as  th m o d u latio n   s ch em with in   th is   tech n iq u e.   Af te r war d ,   th e   co n t in u o u s   tr ian g u lar   ca r r ier s   co r r esp o n d in g   to   ea ch   r an d o m ly   g en er ated   b in a r y   b it   v alu ar e   co n s tr u cted .   T h is   all o ws  f o r   th e   ca r r ier   s h ap e   to   d y n am ically   a d ap t   to   i n s tan tan eo u s   b in a r y   v alu es,   th er eb y   r ed u cin g   T HD  in   c o m p ar is o n   to   t h co n v en tio n al  SP W also   k n o wn   as  f ix e d - f r e q u en cy   PW co n tr o l.  T h u s ,   th s im u latio n   e x p er im e n ts   o f   th R PW ar ca r r ied   o u t th r o u g h   two   d is tin ct  alter n ativ es:   ˗   Op tio n   1 : Bi n ar y   b it v alu es o f   0   an d   1   ar r esp ec tiv ely   ass ig n ed   to   th lo wer   an d   u p p er   wav ef o r m s ,   b o t h   ex h ib itin g   id e n tical  f r eq u en cy   f   an d   am p litu d A.   ˗   Op tio n   2   is   c o n s tr u ed   as  an   ex ten s io n   o f   th e   wav ef o r m s   e s tab lis h ed   in   o p tio n   1 A   b in a r y   b it   v alu e   o f   0   d esig n ates  th “sm all”  wav ef o r m   ( with   f r eq u e n cy   2 f   an d   am p litu d A) ,   wh ile  b in ar y   b it  v alu o f   1   d esig n ates th “lar g e”   wav ef o r m   ( with   f r eq u e n cy   f   a n d   am p litu d 2   A) .   E m p l o y i n g   v a l u e s   w h e r t h e   a m p l i t u d e   A   i s   s e t o   0 . 2 5   a n d   t h e   f r e q u e n c y   f   i s   e s t a b l is h ed   a t   8   k H   (8   k H z   i s   n o t   t o o   h i g h   t o   a v o id   g e n e r a t i n g   e x c e s s i v e   t h e r m al   l o s s e s   i n   t h e   s e m i c o n d u c t o r   s w it c h e s   d u r i n g   t h o p e r a t i o n   o f   t h i s   i n v e r t e r ) .   T h e   f r e q u e n c y   o f   t h e   r e f e r e n c e   s i n u s o i d a l   w a v e   i s   d et e r m in e d   t o   b e   5 0   H z .   C o n s e q u e n t l y ,   t h e   r e t e n ti o n   d u r a t i o n   f o r   e a c h   s i n g l e   b i t   i n   t h e   b i n a r y   s e q u e n c e   i s   c a l c u l a t e d   a s   0 . 0 2 / 1 6 ,   e q u a t i n g   t o   0 . 0 0 1 2 5   s e c o n d s .   T h e   c u m u la t i v e   d u r a ti o n   f o r   e a c h   b i n a r y   s e q u e n c e   is   d e te r m i n e d   t o   b e   1 /5 0 ,   o r   0 . 0 2   s e c o n d s .   T h i s   d at a   s e r v e s   a s   a   r e p r es en t a t i v e   s a m p l f o r   o u r   r e s e a r c h .   I n   r e a l it y ,   t h a l g o r i t h m   c a n   b e   e x t e n d e d   t o   a c c o m m o d a t e   8 - b i t ,   3 2 - b i t ,   o r   6 4 - b i t   c o n f i g u r a t i o n s ,   a n d   t h e   f r e q u e n c y   o f   t h e   c a r r i e r   w a v e   c a n   b e   i n c r e a s e d   t o   f a c i l it a t e   t h e   m o d u l at i o n   o f   v o l t a g e   i n   m e t al - o x i d e - s e m ic o n d u c t o r   f i e l d - e f f e c t   t r a n s is t o r   ( MO S F E T )   m o d u l es .   I n   th ese  2   p r o p o s ed   o p tio n s ,   s y s tem atic  s h if o f   b in ar y   d i g its   with in   1 6 - b it  s eq u e n ce   is   p er f o r m e d   f o r   tr an s itio n in g   in t o   th p r o ce s s o r   f r o m   th least si g n if ican t b it ( L SB )   to   th m o s t sig n if ica n t b it ( MSB ) .   T h is   p r o ce s s   is   in s tr u m en tal  in   co n t r o llin g   th s elec tio n   o f   ca r r ier s ,   as  s h o wn   in   Fig u r es  1   an d   2   ( s ee   A p p en d ices ) Su b s eq u en tly ,   th is   s p ec if ic  1 6 - b it  s eq u en ce   is   r eiter ated   in   th en s u in g   cy cles  o f   th r ef er en ce   s in u s o id al  wav e.   E ac h   ca r r ier   s ig n al  is   th en   c o m p ar ed   with   th r ef er e n ce   s ig n al  to   g en e r ate  2   s witch in g   s ig n als  wh ich   ar e   co m p lem en tar y   f o r   co n t r o llin g   1   leg   o f   th VSI .   I n   ad d itio n   to   th e x is tin g   co n f ig u r atio n ,   it  is   p o s s ib le  to   cr e ate  s eg m en ts   ex h ib itin g   h o l d in g   s tate  in to   th ce n tr o id   o f   th s elec ted   wav ef o r m   i n   th r eten tio n   d u r atio n   f o r   ea ch   s in g le  b it  in   t h b in ar y   s eq u en ce ,   as sh o wn   in   Fig u r 3   ( s ee   A p p en d ices ) .   T h is   ap p r o ac h   r e d u c es th n u m b er   o f   s witch in g   tim es p er   cy cle  o f   th r ef er en ce   s in u s o id al  wav e,   th er eb y   r ed u cin g   s witch in g   lo s s es  o n   s em ico n d u cto r   s witch es  an d   en h an cin g   th ef f icien cy   o f   th o v e r all  s y s tem .   Nev er th eless ,   th ap p licatio n s   o f   th is   p r o p o s a in   th d o m ain   o f   elec tr o m ec h an ical  s y s tem   c o n tr o p r esen t   ch allen g es  d u e   to   th e   n o n - lin ea r   ch ar ac ter i s tics   o f   th s y s tem   p r o p er ties .   Mo r e o v er ,   th is   n o n - lin ea r ity   co m p licates  th s y s tem s   r esp o n s an d   b eh av io r ,   th u s   p o s in g   d if f icu lties   in   c o n tr o llin g   t h em   ef f ec tiv ely .   Hen ce ,   in   th e   f o ll o win g   s ec tio n s   o f   th is   r ese ar ch ,   o u r   p r im ar y   f o cu s   will b to   m eticu lo u s ly   an al y z th ch ar ac ter is tics   o f   th 2   m o d u latio n   tec h n iq u es sh o w n   in   Fig u r es 1   an d   2 .       3.   R E S E ARCH   M E T H O D - O P T I M I Z AT I O O F   O UT P UT   VO L T AG E   T H I RAND O M   M O DUL AT I O SCH E M E S   I n   th is   s ec tio n ,   th e   ap p licatio n   o f   GA  [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ]   is   em p l o y ed   to   d eter m in e   th e   o p tim al   b it  s eq u en ce   cr u cial  f o r   co n tr o llin g   t h ca r r ier   s ig n al  th at  m o d u lates th o u tp u t v o ltag e .   T h r o u g h   t h o p t im izatio n   o f   th b it   s eq u en ce ,   th attain m e n o f   a n   o u tp u v o ltag e   with   m in im al  T HD  is   ef f ec tiv ely   f ac ilit ated .   T h alg o r ith m   f lo wch ar p r esen ted   in   Fig u r e   4   d escr ib es  th e v o lu tio n   p r o ce s s   o f   th e   n atu r al   p o p u latio n   with   N   b ein g   th e   n u m b er   o f   in d iv id u als  in   th e   p o p u latio n ,   th r o u g h   th p r o c ess es  o f   g en er ate  p o p u latio n ,   f itn ess   ev alu atio n ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 64 2 - 65 6   644   s elec tio n ,   cr o s s o v er ,   m u tatio n ,   r ep lace m e n t,  a n d   te r m in atio n   ch ec k .   ea c h   o f   th ese  in d i v id u a ls   is   1 6 - b it  b i n ar y   s tr in g   th at  ch ar ac ter izes th c o n f ig u r atio n   o f   ca r r ier   s tr u ct u r e   to   r eg u late  th e   o u tp u t v o lta g e.   T h f itn ess   f u n ctio n   is   u til ized   to   ass ess   th q u ality   o r   s u itab ilit y   o f   in d i v id u als  with in   a     p o p u latio n   [ 1 8 ] .   T h is   ass ess m en is   p iv o tal   in   d eter m in in g   t h r ep r o d u ctiv s u cc ess   o f   ea c h   in d iv i d u al,   w h ich   is   in h er en tly   p r o p o r tio n al  to   t h eir   f itn ess .   I n   th is   r esear ch ,   o u r   f itn ess   f u n ctio n   is   T HD   o f   th e   o u tp u v o ltag ca lcu lated   u p   to   3 0   k Hz  as sh o wn   in   ( 1 ) .      = 600 = 2 1   ( 1 )     W h er e ,     is   th am p litu d o f   t h   h ar m o n ic  v o ltag e.   No ta b ly ,   o u r   m eth o d o lo g y   allo ws  f o r   a   co m p r eh en s iv e   ex ten s io n   o f   th ca lcu late d   f r eq u en cy   r an g to   e v en   h ig h er   f r eq u e n cies.  T h is   ca p a b ilit y   en h an ce s   th s co p e   p r o v id i n g   m o r v er s atile  an aly tical  f r am ewo r k .   I n   th is   r esear ch ,   th e   m eth o d   o f   r ea n u m b er   e n co d in g   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ]   is   ap p lied   to   d eter m in t h o p tim al   16 - b it  s eq u en ce   t h at  r eg u lates  th o u tp u v o ltag with   m in im al  T HD.   No tab ly ,   th r ea l - en c o d ed   v alu es  o f   1 6 - b it  s eq u en ce s   ar e   d is cr ete  i n teg er s   with in   th e   r a n g o f   0   t o   2 16 - 1   =   65535 .   T h is   ch ar ac te r is tic  s ig n if ican tly   en h an ce s   th e   ef f icien c y   o f   t h GA  in   i d en tify in g   th e   o p tim al  s o lu tio n ,   th e r eb y   ac ce l er atin g   th e   o v e r all  co m p u tatio n al  p r o ce s s .           Fig u r 4 .   T h p r o ce d u r o f   o u r   p r o p o s ed   GA       T h lin ea r   r an k i n g   s elec tio n   [ 2 1 ] - [ 2 3 ]   is   also   ap p lied   in   o u r   alg o r ith m   to   elim in ate   s o m i n d iv id u als   with   lo wer   ad ap tab ilit y ,   lead in g   to   r ed u ctio n   in   g en etic  d iv er s ity   in   th p o p u latio n   a n d ,   as  r esu lt,  ea r lier   co n v er g en ce   o f   th e   m in im al   T HD.   I n   th e   p r o ce s s   o f   o p ti m izin g   ad a p tab ilit y ,   in d iv id u a ls   ar s y s tem atica lly   o r g an ized   i n   an   ascen d in g   s eq u en ce .   T h in d iv id u al  e x h ib iti n g   th h ig h est  p er f o r m an ce   is   co n f er r e d   with   th e   r an k   o f   N ,   wh ile  th o n d em o n s tr atin g   th least  p er f o r m an ce   is   ass ig n ed   th r an k   o f   1 .   I is   n o tewo r th y   th at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Dev elo p men t o f ra n d o p u ls w id th   mo d u la tio n   tec h n iq u e   fo r   vo lta g s o u r ce     ( Qu o c   Da t   Lu o n g )   645   th p r o b ab ilit y   o f   s elec tio n   f o r   ea ch   in d iv id u al  is   d ir ec tly   c o m m en s u r ate   with   its   r esp ec t iv r an k   [ 2 4 ] .   T h e   s elec tio n   p r o b a b ilit y   o f   ea c h   i n d iv id u al  is   d ir ec tly   p r o p o r tio n al  to   its   r an k   as sh o wn   i n   ( 2 ) .     = 1 [ + 2 ( 1 ) 1 1 ]   ( 2 )     W h er e,     =   1 . . ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   an d   0 < < 1 .   I n   a d d itio n ,   n o n - u n if o r m   m u t atio n   is   u s ed   in   GA  to   r an d o m ly   alter   o n o r   m o r e   g en e s   o f   ea c h   in d iv id u al  to   in cr ea s s tr u ctu r al  d iv er s ity   with in   th p o p u lati o n .   T h e   m u tatio n   o p er atio n   g u ar an tees  n o n - ze r o   p r o b a b ilit y   o f   r ea ch i n g   an y   p o in in   th s ea r ch   s p ac e.   W d ef in ed   = 1   is   ch r o m o s o m (   is   th g en er atio n   n u m b er )   a n d   th e   elem en   was  s elec ted   f o r   th is   m u tatio n ,   th r esu lt  is   v ec to r   + 1 = 1 ,   with     ca lcu lated   ac co r d in g   to   ( 3 ) .     = { + ( ,  )   if   r an d o m   d ig it is   0 ( ,  )     if   r an d o m   d ig it is   1   ( 3 )     W h er L B   an d   UB   ar l o wer   a n d   u p p er   d o m ain   b o u n d s   o f   t h v ar iab le     [ 2 5 ] .   T h f u n ctio n   ( , )   r etu r n s   a   v alu in   t h r a n g [ 0 , ]   s u ch   th at   th p r o b ab ilit y   o f   ( , )   b ein g   cl o s to   0   in cr ea s es  as    in cr ea s es.  T h ( , )   f u n ctio n   is   d e f in ed   b y   th m ath em atica l e x p r ess io n   as sh o w n   in   ( 4 ) .       ( , ) = × [ 1 ( 1 ) ]   ( 4 )     W h er r   is   r an d o m   n u m b e r   in   th e   r an g [ 0 , 1 ]   is   th m ax im al  g en er atio n   n u m b er ,   an d     is   s y s tem   p ar am eter   d eter m in i n g   th d e g r ee   o f   d ep e n d en c y   o n   iter atio n   n u m b er   [ 2 5 ] .   T h n o n - u n if o r m   m u tatio n   p r o v es   p ar ticu lar ly   well - s u ited   f o r   r e al - co d ed   GA  o win g   to   its   in h er en ch ar ac ter is tic  wh er ein   t h in f lu en ce   o f   t h e   m u tatio n   p r o ce s s   d im in is h es o v er   an   e x ten d ed   r u n tim o f   th e   GA  [ 2 6 ] .   Fin ally ,   th b len d   cr o s s o v er   ( B L X - α )   tech n iq u [ 2 7 ] - [ 2 9 ]   is   ap p lied   as  GA - b ased   m eth o d   i n   ex p lo r in g   th s ea r ch   s p ac b y   g en er atin g   o f f s p r in g s   th at  ar b len d   o f   th p ar en g e n es  an d   o p tim izin g   co m p lex   m u lti - m o d al  f u n ctio n s .   T h g e n   o f   th o f f s p r in g   ch r o m o s o m is   r a n d o m l y   s elec ted   with in   th e   clo s ed   in ter v al  [ , ̅ ]   as r ep r esen ted   in   ( 5 ) .     = r a n dom ( [ , ̅ ] )   with   = min ( , )   an d   ̅ = ma x ( , ) +   ( 5 )     T h e   B L X -   c r o s s o v e r   o p e r a t i o n   ( e s p e c i al l y   i n   t h e   c a s e   o f   = 0 . 5 )   a n d   l i n e a r   c r o s s o v e r   a r e   m o s t   s u i t a b le   f o r   r e a l - e n c o d e d   G A .   T h e s e   o p e r a t i o n s   h a v e   t h e   a b i li t y   t o   g e n e r a t e   o f f s p r i n g   o u t s i d e   t h e   d o m a i n   [ min ( , ) , ma x ( , ) ]   e n s u r i n g   n o   p o t e n t i a l   s o l u t i o n s   o v e r l o o k e d   d u r i n g   t h e   s e a r c h   p r o c e s s   [ 2 9 ] .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   I n   th is   s ec tio n ,   we  ap p ly   th c o m p u tatio n al  ca p ab ilit ies o f   MA T L AB   in   co n ju n ctio n   with   th PLE C S   B L OC K SET   p ac k ag es.  T h ese  to o ls   ar u tili ze d   to   ex ec u te  th GA  in   o r d er   to   id en tify   th o p tim al  1 6 - b it   s eq u en ce .   T h e   m o d el  o f   p o w er   co n v e r ter   b u ilt  in   th PLE C S   B L OC K SET   is   d escr ib ed   in   Fig u r 5   a n d   th e   in itial   p ar am eter s   o f   GA  o n   M AT L AB   ar d escr ib ed   in   T ab l 1 .           Fig u r 5 .   T h to p o lo g y   o f   a   s in g le - p h ase  H - b r id g VSI       Af ter   s u cc ess f u lly   ex ec u tin g   GA,   th o p tim al  1 6 - b it  s eq u en ce   o f   o p tio n   1   an d   o p ti o n   2   is   ac q u ir ed   as  0 1 1 1   1 1 1 1   1 0 0 0   0 0 0 0   ( th eq u iv alen r ea l - co d ed   v al u is   3 2 6 4 0 )   an d   0 0 1 1   1 1 0 0   0 0 0 0   0 0 0 0   ( th e   eq u iv ale n t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 64 2 - 65 6   646   r ea l - co d ed   v alu is   1 5 3 6 0 )   r esp ec tiv ely .   T h r esu lts   o f   s ea r ch in g   f o r   i n d iv id u al  with   th o p ti m al  T HD  ac co r d in g   to   ea ch   g en e r atio n   o f   GA  ar e   s h o wn   i n   Fig u r 6 .   W ith   a   m o d u latio n   in d ex   o f   0 . 8 ,   th e   o p tim al  b it  s eq u e n ce   f o r   o p tio n   1   is   d is co v er ed   i n   th 1 8 th   g en e r atio n   wh er th c o r r esp o n d in g   T HD  v alu es  o f   th o u tp u v o lta g ar 2 8 . 8 1 9 6 ( co n s id er in g   th h i g h est  h ar m o n ic  f r eq u e n cy   o f   3 0   k Hz)   an d   2 9 . 5 3 7 3 ( co n s id er in g   th Ny q u is t   f r eq u e n cy   o f   5 0 0   k Hz) .   Similar ly ,   f o r   o p tio n   2 ,   th o p tim al   b it  s eq u en ce   is   d is co v er ed   in   th 1 7 th   g en e r atio n   wh er th co r r esp o n d i n g   T H v alu es  o f   th o u t p u v o ltag ar 4 4 . 6 6 ( co n s id er i n g   th h ig h est  h ar m o n ic  f r eq u e n cy   o f   3 0   k Hz)   an d   4 8 . 5 1 ( co n s id er in g   th e   Ny q u is f r eq u en c y   o f   5 0 0   k Hz) .   T h r at o f   c o n v e r g en ce   is   r em ar k ab l y   s wif an d   b y   r u n n i n g   m ax im u m   o f   8 0   g en er ati o n s   o n   to tal  o f   6 5 5 3 6   ca s es  ( wh ich   co n s titu tes  m er 0 . 1 2 2 o f   th s ea r ch   s p ac e) ,   we  s u cc ess f u lly   d eter m in th o p tim al  1 6 - b it  s eq u en c e.   Giv en   th is   r ap id   co n v er g en ce ,   we  ca n   co n f id e n tly   ex ten d   th ap p licatio n   o f   GA  i n   o r d er   to   f in d   th o p ti m al  3 2 - b it  o r   6 4 - b it  b in ar y   s eq u en ce   with   s im ilar ly   ef f icien r ate  o f   co n v er g en ce .   W wil th en   p r o ce ed   to   co m p ar th p er f o r m an ce   o f   th ese  o p tim al  1 6 - b it seq u en ce s   with   2   s p ec if ic  r an d o m   1 6 - b it seq u en ce s .       T ab le  1 .   Gen etic  alg o r ith m   p a r am eter s   P a r a me t e r s   V a l u e s   P a r a me t e r s   V a l u e s   P o p u l a t i o n - s i z e   10   S e q u e n c e - b it   16   M a x - g e n e r a t i o n s   80   - c r o sso v e r   0 . 5   M a x - st a l l - g e n e r a t i o n ( t h e   m a x i m u m   n u m b e r   o f     g e n e r a t i o n s   w h i c h   t h e   G c a n   t a k e )   75   b -   m u t a t i o n   5   R a n g e   [ 1       6 5 5 3 5 ]   DC - v o l t a g e - su p p l y   2 0 0   V       ( a)     ( b )       Fig u r 6 .   T h s tatis tical  r esu lt s   o f   th b est s u ited   in d i v id u al  with in   th p o p u latio n   in   ea ch   g en er atio n :   ( a)   th o p tio n   1   an d   ( b )   th o p tio n   2       4 . 1 .        Sim ula t io n r esu l t s   o P L E C S   s o f t wa re   4 . 1 . 1 .   T he  o ptio n   1   T h s im u latio n   r esu lts   o f   a n aly zin g   th e   o u tp u wav e f o r m   o f   th o p tim al  s eq u en ce   an d   th e   s eq u en c e   with   th eq u iv alen r ea l - c o d e d   v alu o f   6 5 0 2 7   ( a r b itra r y   v a lu e)   with   m o d u latio n   in d e x   o f   0 . 8   a r s h o wn   in   Fig u r e s   7   an d   8 ,   r esp ec tiv ely .   I n   Fig u r e   7 ,   t h HSF  an d   T H v alu es  o f   t h h ar m o n ic  s p ec tr u m   ar 4 . 9 4 8 6   an d   2 9 . 5 3 7 3 %,  r esp ec tiv ely .   Me a n wh ile,   in   Fig u r e   8 ,   th ese  H SF   an d   T HD  v alu es  ar e   5 . 2 2 8 9   a n d   3 1 . 3 5 9 8 %,  r esp ec tiv ely ,   with   HSF is   d eter m in ed   b y   ( 6 ) .      = ( 0 ) 2 600 = 2 600   ( 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Dev elo p men t o f ra n d o p u ls w id th   mo d u la tio n   tec h n iq u e   fo r   vo lta g s o u r ce     ( Qu o c   Da t   Lu o n g )   647   W h er e ,   0 = 600 = 2 / 600   an d   HSF m ea s u r es th ef f ec tiv en ess   o f   s u p p r ess in g   d o m in an h ar m o n ics.   T h h ar m o n ic  s p ec tr u m   d ef in e d   b y   th o p tim al  s eq u en ce   h as  b etter   q u ality   t h an   t h h ar m o n i s p ec tr u m   d ef in ed   b y   th e   s eq u en ce   with   th ar b itra r y   v alu e   a s   t h r i p p l in   th e   h a r m o n ic   s p ec tr u m   e v alu ated   b y   HSF  is   s m aller   ( 4 . 9 4 8 6 < 5 . 2 2 8 9 ) .   T h T HD  v alu is   lo wer   ( 2 9 . 5 3 7 3 %<3 1 . 3 5 9 8 %) .   T h u s ,   th o p ti m al  r an d o m   m eth o d   s ig n if ican tly   r ed u ce s   ac o u s tic  n o is ca u s ed   b y   h ar m o n ics d u r in g   o p er atio n .       (a )     (b )     (c )       Fig u r 7 .   R esu lts   o b tain ed   o f   t h o u tp u t v o ltag e   d elin ea ted   b y   th o p tim al  s eq u en ce :   ( a )   th co r r esp o n d in g   o u tp u v o ltag wav ef o r m ,   ( b )   th r ef er e n ce   s in u s o id al  wav ef o r m   an d   th ca r r ier   wav ef o r m ,   an d     ( c)   th h a r m o n ic  s p ec tr u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 64 2 - 65 6   648   ( a)     ( b )     ( c)       Fig u r 8 .   R esu lts   o b tain ed   o f   t h o u tp u t v o ltag e   d elin ea ted   b y   th s eq u en ce   with   th eq u iv alen t r ea l - co d e d   v alu o f   6 5 0 2 7 :   ( a )   th co r r es p o n d in g   o u tp u t v o ltag wav ef o r m ,   ( b )   th r ef er e n ce   s in u s o i d al  wav ef o r m   an d   th ca r r ier   wav e f o r m ,   an d   ( c)   t h h ar m o n ic  s p ec tr u m       4 . 1 . 2 .   T he  o ptio n 2   T h s im u latio n   r esu lts   o f   an al y zin g   th o u tp u wav e f o r m   o f   th o p tim al  s eq u en ce   with   m o d u latio n   in d ex   o f   0 . 8   ar e   s h o wn   in   Fig u r 9 .   I n   Fig u r e   9 ,   th e   HSF  an d   T HD  v alu es  o f   th e   h ar m o n ic   s p ec tr u m   ar 1 0 . 5 3 9 9   an d   4 8 . 5 0 7 1 %,  r esp ec tiv ely .   Op tio n   2   d o es  n o p r o v id th e   s am ef f ec tiv en ess   in   r ed u cin g   ac o u s tic  n o is as  o p tio n   1 ,   b ec au s s ig n if ican t h ar m o n ics ap p ea r   i n   th h ar m o n ic  s p ec tr u m   at  f r eq u en cies o f   8   k Hz  an d   1 6   k Hz.   T h u s ,   th is   m o d u latio n   m eth o d   is   n o s u itab le,   ev en   th o u g h   t h T HD  v al u af ter   o p tim izatio n   b y   GA  is   lo we r   th an   th at  o f   th f ix e d - f r e q u en c y   m eth o d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Dev elo p men t o f ra n d o p u ls w id th   mo d u la tio n   tec h n iq u e   fo r   vo lta g s o u r ce     ( Qu o c   Da t   Lu o n g )   649   ( a)     ( b )     ( c)       Fig u r 9 .   R esu lts   o b tain ed   o f   t h o u tp u t v o ltag e   d elin ea ted   b y   th o p tim al  s eq u en ce :   ( a )   th co r r esp o n d in g   o u tp u v o ltag wav ef o r m ,   ( b )   th r ef er e n ce   s in u s o id al  wav ef o r m   an d   th ca r r ier   wav ef o r m ,   an d   ( c )   th h ar m o n ic  s p ec tr u m       4 . 1 . 3 .   Dis cus s io n   T h g r ap h   d escr ib in g   t h v ar i atio n   o f   T HD   an d   HSF,  as  in f l u en ce d   b y   th e   m o d u latio n   in d ex   ( MI ) ,   is   s h o wn   in   Fig u r es  1 0   an d   1 1 .   GA - o p tim ized   R PW M   ex h ib its   lo wer   T HD  co m p ar ed   to   co n v en tio n al  R PW M   an d   ac h iev es  b etter   HSF,  in d ic atin g   im p r o v ed   h a r m o n ic  s u p p r ess io n .   Op tio n   1   s u r p ass es  o p tio n   2   b ec a u s th er e   ar n o   d o m in a n h ar m o n ics  in   th h ig h - f r eq u en cy   r eg io n   in   o p tio n   1 .   T h o u tp u t   v o ltag wa v ef o r m   o f   o p tio n   1   is   s y m m etr ical  ab o u th e   h o r izo n tal  ax is   a n d   t h is   s y m m etr ica wav ef o r m   ch a r ac ter is tic  en s u r es  th at  ze r o - o r d er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 64 2 - 65 6   650   h ar m o n ics  ( also   k n o w n   as  DC   co m p o n en ts )   ar n eg lig ib le  in   t h h ar m o n ic  s p ec tr u m .   Actu ally ,   DC   co m p o n en ts   ca n   s atu r ate  in   p o wer   tr an s f o r m er s   an d   it  ca n   ca u s v ib r atio n   an d   a u d ib le  n o is in   tr an s f o r m er s .   T h u s ,   in   th e   h ar d war e x p er im e n ts   in ten d ed   to   v alid ate   th e f f icac y   o f   th is   r esear ch ,   th e   R PW m eth o d   is   ex clu s iv ely   im p lem en ted   b y   u s in g   t h o p ti o n   1 .   Fo r   th r ea s o n s   a b o v e,   th alg o r ith m   o f   o p tio n   1   ca n   b co m p letely   ap p lied   to   m o d u late  th r ee - p h as e   v o ltag f o r   th co n tr o o f   AC   m o to r s .   Su b s eq u e n tly ,   s p ee d   co n tr o m o d el  s p ec if ically   d e s ig n ed   f o r   s q u ir r el - ca g in d u ctio n   m o to r s   is   also   p r o p o s ed .   Sp ec if ic ally ,   th is   m o d el  u tili ze s   th r ee - p h ase  VSI ,   m o d u lated   b y   GA - o p tim ized   R PW M,   with   th in p u p o wer   f o r   th is   s y s tem   s o u r ce d   f r o m   th s o lar   p an el  s y s tem .   T h is   is   o n o f   th e   im p o r tan t a p p licatio n s   o f   t h is   alg o r ith m   f o r   s elf - co n s u m p tio n   o f   PV r en ewa b le  en er g y .     4 . 2 .     H a rdwa re   ex perim ent s   T h h ar d war e x p er im e n u tili ze d   to   v alid ate  th d ev elo p ed   co n tr o m eth o d   is   s h o wn   in   Fig u r 1 2 .   T h L AUNCHXL - F2 8 3 7 9 Dev elo p m en Kit  g e n er ates  co n tr o s ig n als  PW M_ T OP1   an d   PW M_ B OT 1   th r o u g h   p in s   J 4 - 4 0   ( GPI O0 )   an d   J 4 - 3 9   ( GPI O1 ) ,   an d   PW M_ T OP2   an d   PW M_ B OT 2   t h r o u g h   p in s   J 4 - 38  ( GPI O2 )   an d   J 4 - 3 7   ( GPI O3 ) ,   s u p p ly in g   two   E VAL - 1 E DI 6 0 I 1 2 AF  m o d u les  v ia  X1 - B 7   an d   X1 - B 8 .   T h e   F2 8 3 7 9 Kit  also   g en er ates  G ND  s ig n als  th r o u g h   J 2 - 2 0   a n d   J 1 0 - GND  f o r   th 1 E DI 6 0 I 1 2 AF  m o d u les  v ia  t h R E SET   Sig n al  GN p in ,   p r o v id es  3 . 3 E NABLE   v o ltag th r o u g h   J 1 - 1   an d   J 5 - 4 1   v ia  X1 - B 3 ,   an d   GND   v o ltag th r o u g h   J 7 - 6 2   an d   J 1 0 - GND  v ia  X1 - A1 6 .       ( a)     ( b )       Fig u r 1 0 .   T h v ar iatio n   o f   ( a)   T HD  an d   ( b )   HSF,  as in f lu en ce d   b y   t h m o d u latio n   in d ex   ( MI )   in   o p tio n   1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Dev elo p men t o f ra n d o p u ls w id th   mo d u la tio n   tec h n iq u e   fo r   vo lta g s o u r ce     ( Qu o c   Da t   Lu o n g )   651   ( a)     ( b )       Fig u r 1 1 .   T h v ar iatio n   o f   ( a)   T HD  an d   ( b )   HSF,  as in f lu en ce d   b y   t h m o d u latio n   in d ex   ( MI )   in   o p tio n   2           Fig u r 1 2 .   E x p e r im en tal  p r o to ty p o f   t h o p tio n   1 ( 1 )   Oscill o s co p e;  ( 2 )   2 ×  DC   r eg u lated   p o wer   s u p p lies   ( 3 )   R - L   lo ad s   ( 4   m H,   5 2   Ω ) ( 4 )   L AUNCHXL - F2 8 3 7 9 D;  ( 5 )   2 ×  E VAL - 1 E DI 6 0 I 1 2 AF m o d u les   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.