Hybrid Artificial Intelligent Control for Speed Control of IM

8/14/2019 Hybrid Artificial Intelligent Control for Speed Control of IM

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S I C E - I C A S E I n t e r n a t i o n a l J o i n t C o n f e r e n c e 2 0 0 6O c t . 1 8 - 2 1 , 2 0 0 6 i n B e x c o , B u s a n , K o r e aH y b r i d A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n t C o n t r o l f o r S p e e d C o n t r o l o f I n d u c t i o n m o t o r

J a e - S u b K o l a n d J u n g - S i k C h o i 2 a n d Dong-Hwa C h u n g 31 D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l C o n t r o l E n g i n e e r i n g , S u n c h o n n a t i o n a l U n i v e r s i t y , S u n c h o n , K o r e a( T e l : + 8 2 - 6 1 - 7 5 0 - 3 5 4 3 ; E - m a i l : k o k o s 2 2 @ n a v e r . c o m )2 D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l C o n t r o l E n g i n e e r i n g , S u n c h o n n a t i o n a l U n i v e r s i t y , S u n c h o n , K o r e a( T e l : + 8 2 - 6 1 - 7 5 0 - 3 5 4 0 ; E - m a i l : 1 1 0 8 c j s @ n a v e r . c o m )3 D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l C o n t r o l E n g i n e e r i n g , S u n c h o n n a t i o n a l U n i v e r s i t y , S u n c h o n , K o r e a( T e l + 8 2 - 6 1 - 7 5 0 - 3 5 4 3 ; E - m a i l : h w a 7 7 7 @ s u n c h o n . a c . k r )

A b s t r a c t : T h i s p a p e r i s p r o p o s e d h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r f o r h i g h p e r f o r m a n c e o f i n d u c t i o n m o t o rd r i v e . T h e d e s i g n o f t h i s a l g o r i t h m b a s e d o n f u z z y - n e u r a l n e t w o r k c o n t r o l l e r t h a t i s i m p l e m e n t e d u s i n g f u z z y c o n t r o la n d n e u r a l n e t w o r k . T h i s c o n t r o l l e r u s e s f u z z y r u l e a s t r a i n i n g p a t t e r n s o f a n e u r a l n e t w o r k . A l s o , t h i s c o n t r o l l e r u s e st h e b a c k - p r o p a g a t i o n m e t h o d t o a d j u s t t h e w e i g h t s b e t w e e n t h e n e u r o n s o f n e u r a l n e t w o r k i n o r d e r t o m i n i m i z e t h e e r r o rb e t w e e n t h e c o m m a n d o u t p u t a n d a c t u a l o u t p u t .A m o d e l r e f e r e n c e a d a p t i v e s c h e m e i s p r o p o s e d i n w h i c h t h e a d a p t a t i o n m e c h a n i s m i s e x e c u t e d b y f u z z y l o g i c b a s e d

o n t h e e r r o r a n d c h a n g e o f e r r o r m e a s u r e d b e t w e e n t h e m o t o r s p e e d a n d o u t p u t o f a r e f e r e n c e m o d e l . T h e c o n t r o lp e r f o r m a n c e o f t h e h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r i s e v a l u a t e d b y a n a l y s i s f o r v a r i o u s o p e r a t i n g c o n d i t i o n s . T h er e s u l t s o f e x p e r i m e n t p r o v e t h a t t h e p r o p o s e d c o n t r o l s y s t e m h a s s t r o n g h i g h p e r f o r m a n c e a n d r o b u s t n e s s t o p a r a m e t e rv a r i a t i o n , a n d s t e a d y - s t a t e a c c u r a c y a n d t r a n s i e n t r e s p o n s e .K e y w o r d s : I n d u c t i o n M o t o r D r i v e , F u z z y C o n t r o l , N e u r a lP e r f o r m a n c e

1 . INTRODUCTIONR e c e n t l y , A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n t c o n t r o l u s i n g F u z z yc o n t r o l , n e u r a l n e t w o r k a n d g e n e t i c a l g o r i t h m a r er e c o g n i z e d p r i m a r y t e c h n i q u e s t h a t s h o u l d b e i m p r o v e dp e r f o r m a n c e o f p o w e r e l e c t r o n i c s y s t e m . T h e s et e c h n i q u e s a r e d e v e l o p e d a d a p t i v e - a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r w i t h m i x e d a d a p t i v e c o n t r o l t e c h n i q u e . Andt h e s e i n t e r - m i x t u r e m e t h o d s w i l l h i g h p e r f o r m a n c e t h ei n d u c t i o n m o t o r d r i v e t h a t r e q u i r e d a d a p t a b i l i t y a n dr o b u s t l y . [ 1 ] - [ 3 ]I n d i r e c t v e c t o r c o n t r o l i s a p p l i e d e x t e n s i v e l y t h e d r i v es y s t e m f o r h i g h p e r f o r m a n c e o f i n d u c t i o n m o t o r .B e c a u s e P I c o n t r o l l e r i s i n d i c a t e d s a t i s f a c t o r i l y r e s p o n s eo f s t e a d y - s t a t e , i n d u s t r i a l f i e l d i s u s e d a l o t o f P Ic o n t r o l l e r . B u t P I c o n t r o l l e r c a n n o t e x p e c t e ds a t i s f a c t i o n p e r f o r m a n c e i n t r a n s i e n t - s t a t e b e c a u s e o fn o n l i n e a r o f i n d u c t i o n m o t o r . E s p e c i a l l y , P I c o n t r o l l e rc a n n o t b e o b t a i n e d s a t i s f a c t i o n p e r f o r m a n c e a b o u tp a r a m e t e r v a r i a t i o n s s u c h a s d i s t u r b a n c e , s p e e d a n d l o a d .

I f p r o p o r t i o n g a i n k P o f P I c o n t r o l l e r i s b i g , r i s i n g t i m ei s s h o r t , o v e r s h o o t i s b i g a n d s t a b i l i t y t i m e i s l o n g a n d i fk P o f P I c o n t r o l l e r i s s m a l l , r i s i n g t i m e i s l o n g ,o v e r s h o o t i s s m a l l a n d s t a b i l i t y t i m e i s s h o r t . T h u sa l t h o u g h P I c o n t r o l l e r a d j u s t e d t h e g a i n c o e f f i c i e n t ,p e r f o r m a n c e o f d r i v e c a n n o t m o r e i m p r o v e d .T o s a t i s f a c t i o n p e r f o r m a n c e o f d r i v e , a d a p t i v e i sr e s e a r c h e d . [ 4 ] A d a p t i v e c o n t r o l c a n b e o b t a i n e d m o r ee x c e l l e n t p e r f o r m a n c e t h a n e x i s t i n g P I c o n t r o l l e r .A d a p t i v e c o n t r o l t e c h n i q u e i s b a s e d o n m a t h e m a t i c a lm o d e l i n g a n d i s v e r y c o m p l i c a t e d b e c a u s e o f n u m e r o u s

N e t w o r k , H y b r i d A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n t C o n t r o l l e r , H i g ha l g o r i t h m s . T o s o l v e t h e s e p r o b l e m s , d i r e c t f u z z yc o n t r o l i s d e v e l o p e d , b u t i t c a n n o t b e o b t a i n e d t h er e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c o f r o b u s t a n d s a t i s f a c t i o np e r f o r m a n c e s a b o u t v a r i o u s l o a d c h a n g e a n d i n e r t i ac h a n g e . [ 5 ]N e u r a l n e t w o r k i s e v a l u a t e d v e r y i n f l u e n t i a lt e c h n i q u e i n p a r a m e t e r e s t i m a t i o n a n d c o n t r o l o fd r i v e . [ 6 ] - [ 7 ] N e u r a l n e t w o r k i s e x c e l l e n t i n m o r e a b i l i t yo f a d a p t i v e c o n t r o l t h a n g e n e r a l l y v e c t o r c o n t r o l m e t h o d .B u t i t i s h a v e a p r o b l e m i n h i g h p e r f o r m a n c e a n d r o b u s tc o n t r o l t h a t i s i n d i c a t e d t h e c h a r a c t e r i s t i c o f f u z z yc o n t r o l .I n t h i s p a p e r i s p r o p o s e d h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r t h a t i s m i x e d f u z z y c o n t r o l a n d n e u r a ln e t w o r k f o r h i g h p e r f o r m a n c e o f i n d u c t i o n m o t o r .H y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r i s c o n s i s t e d t h ef i r s t p a r t o f f u z z y r u l e a n d t h e s e c o n d p a r t o f c l u s t e r i n gm e t h o d , m u l t i l a y e r n e u r a l n e t w o r k . H y b r i d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r c a n b e o b t a i n e d h i g h p e r f o r m a n c e ,r o b u s t c o n t r o l i n a d v a n t a g e o f f u z z y c o n t r o l , a n d h i g ha d a p t i v e c o n t r o l a b i l i t y i n a d v a n t a g e o f n e u r a l n e t w o r k .T o i m p r o v e m o r e p e r f o r m a n c e , h y b r i d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r i s a p p l i e d a d a p t i v e m e c h a n i s mm e t h o d t h a t b a s e d o n r e f e r e n c e m o d e l . [ 8 ] F i n a l o u t p u ti s o b t a i n e d a d d o u t p u t o f h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r a n d o u t p u t o f a d a p t i v e f u z z y c o n t r o l . I n t h i sp a p e r , t h i s c o n t r o l l e r a p p l i e d d r i v e s y s t e m o f i n d u c t i o nm o t o r , a n d t h e n a n a l y z e d t h e p a r a m e t e r v a r i a t i o n ,r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c o f s t e a d y - s t a t e a n dt r a n s i e n t - s t a t e . And t h e v a l i d i t y o f p r o p o s e d c o n t r o l l e r i sp r o o f .

8 9 - 9 5 0 0 3 8 - 5 - 5 9 8 5 6 0 / 0 6 / $ 1 0 2 0 0 6 ICASE 6 7 8


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2 . MODELING OF INDUCTION MOTORF i g . 1 s h o w s t h a t d q a x i s e q u i v a l e n t c i r c u i t a ts y n c h r o n o u s l y r o t a t i n g r e f e r e n c e f r a m e .

c o , ' , i, List L r ( 0 i(w

( a ) d - a x i sR s C O , e O d J c L i s L X i , ( C " e m l O d X R , .

( b ) q - a x i sF i g . 1 e q u i v a l e n t c i r c u i t a t s y n c h r o n o u s l y r o t a t i n gr e f e r e n c e f r a m e

P I D a n d a d a p t i v e c o n t r o l m e t h o d a r e many u s e d . B u tt h e s e m e t h o d s a r e c o m p l i c a t e d t h a t e v a l u a t e d t h e d - qa x i s p a r a m e t e r a n d i s v e r y s e n s i t i v e a t p a r a m e t e rv a r i a t i o n , l o a d c h a n g e .F u z z y c o n t r o l l e r a n d n e u r a l n e t w o r k a r e d e v e l o p e df o r s p e e d c o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r . T h e s e m e t h o d sh a v e t h e a d v a n t a g e a b o u t p a r a m e t e r v a r i a t i o n , l o a dc h a n g e , s y s t e m d i s t u r b a n c e . B u t e a c h c o n t r o l l e rc o n t a i n s p r o b l e m s . T o d e v e l o p m o r e new m e t h o d , t h enew w a y i s t r i e d . M i x t u r e c o n t r o l t h a t i s i n t e r - m i x e da d a p t i v e , f u z z y c o n t r o l , n e u r a l n e t w o r k a n d g e n e t i ca l g o r i t h m i s p r e d i c t e d t h e i n f l u e n t i a l m e t h o d .F i g u r e 2 s c h e m a t i c a l l y e x p r e s s e s a b o u t r e s e a r c h o fh y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r .

. r A d a p t i v eA t e q u i v a l e n t c i r c u i t o f F i g u r e 1 e v a l u a t e d t h e v o l t a g e

e q u a t i o n i s e q u a l t h a t b e l o w ;eLm i d s

LmP i q sW i c o s l L r ' d r

Rr L rP - i q r - (1)

t s l = W M e - 0r s l i p angular speedI d s ' l q s d , q a x i s c u r r e n tV d s I V q s d , q axis stator voltageR s LL s R e s i s t a n c e of s t a t o r , s e l f i n d u c t a n c eR r , L r R e s i s t a n c e o f r o t o r , s e l f i n d u c t a n c eLm : M u t u a l i n d u c t a n c eThe mechanical e q u a t i o n of induction motor is e q u a lb e l o w t h a t ;

T e =J m+Bw m + T ,d t ( 2 )p2 (3 )e O r i g i n a t i o n t o r q u e , Tl l o a d t o r q u e ,J: I n e r t i a c o e f f i c i e n t , B t h e c o e f f i c i e n t o ff r i c t i o n

F i g . 2 R e s e a r c h o f h y br i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e rT h i s p a p e r i s c o n s i s t e d o f h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r t h a t i s m i x e d a d a p t i v e c o n t r o l , f u z z y c o n t r o la n d n e u r a l n e t w o r k . T h i s c o n t r o l l e r c o n t r o l i n d u c t i o nm o t o r w i t h h i g h p e r f o r m a n c e .

4 . DESIGN OF FUZZY-NEUROCONTROLLER

F u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r i s c o n s i s t e d o f f u z z y c o n t r o la n d n e u r a l n e t w o r k . I t h a s t h e s o f t n e s s o f s t r o n ge x p r e s s i o n a n d n u m e r i c a l v a l u e p r o c e s s i n g a b i l i t y . T h i sc o n t r o l l e r i s c o n s i s t t h a t t h e f i r s t p a r t o f f u z z y r u l e a n dt h e s e c o n d p a r t o f c l u s t e r i n g m e t h o d , m u l t i l a y e r n e u r a ln e t w o r k . And i t h a s a d v a n t a g e o f r o b u s t c o n t r o l t h a t l i k ef u z z y c o n t r o l , a n d h i g h a d a p t i v e a b i l i t y t h a t l i k e n e u r a ln e t w o r k .T o c o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r d r i v e , s t r u c t u r e o fd i r e c t f u z z y c o n t r o l l e r i s e q u a l t h a t F i g u r e 3 .l t r ds, 2 . S ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ P W A I V

v a l u a t e d g e n e r a t i o n t o r q u e i s e q u a l b e l o wTe jLm( i q s d r - d s q r ) ( 4 )3 . HYBRID ARTIFICIAL INTELLIGENT

CONTROLLERT o s p e e d f o l l o w a n d c o n t r o l o f i n d u c t i o n d r i v e , P I ,

G e n e r a l l y , d y n a m i c a c t i o n o f f u z z y c o n t r o l l e r i sc h a r a c t e r i z e d b y g r o u p o f l a n g u a g e c o n t r o l r u l e t h a t i sb a s e d o n p r o f e s s i o n a l k n o w l e d g e . L a n g u a g e c o n t r o l r u l ei s a s s u m e d t h a t b e l o w .I f E i s 4. a nd CE i s42then Ui s B i ( 5 )

E , CE a n d U i s e a c h i n d i c a t e d e r r o r , v a r i a t i o n o f errora n d c o n t r o l v a r i a b l e . A n i s i n d i c a t e d f u z z y v a r i a b l e t h a t

6 7 9

V d s R S + L s p - c e L sV q s c e L s R S + L S P0 LmP -(OiSLm0 C o s I L m LmP

F u z z y

LmP(OeLm

Rr + L rpl L r

NN

v v - ,


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i s c h a r a c t e r i z e d b y m e m b e r s h i p f u n c t i o n 1 A ( X J ) , a n d B ii s a c o n s t a n t t h a t i s c o m p o s e d o f r e a l . F u z z y g r o u p o f E ,CE a n d U i s { N L , NM , N S , Z E , P S , P M , P L } . F i g u r e 4s h o w s t h e m e m b e r s h i p f u n c t i o n o f f u z z y g r o u p .T o c o n t r o l r o b u s t a n d h i g h p e r f o r m a n c e o f i n d u c t i o nm o t o r d r i v e , d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c i s r e q u i r e ds a t i s f a c t o r y p e r f o r m a n c e t h a t c a n b e a d j u s t e d v a r i o u ss p e e d o b e y i n g a b i l i t y , a d a p t e d l o a d v a r i a t i o n . T h u s t h i sp a p e r i s c o n s i s t o f f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r b y i n t e r - m i x e df u z z y c o n t r o l l e r a n d n e u r a l n e t w o r k , b e c a u s e g e n e r a l l yf u z z y c o n t r o l l e r i s n o t s a t i s f i e d t h e s e d e m a n d s . F i g u r e 5s h o w s f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r s t r u c t u r e f o r i n d u c t i o nm o t o r d r i v e c o n t r o l .

' , l ( e C o r )NL NM NS ZEPS PM PL

I n d i c a t e d i n f i g u r e 6 , n e u r a l n e t w o r k b e t w e e nA l l a y e r a n d A 3 l a y e r i s i n d i c a t e d r e a l i z a t i o n o f t h e f i r s tp a r t a b o u t f u z z y r u l e . T o e f f e c t i v e l y d e s i g n m e m b e r s h i pf u n c t i o n o f f i r s t p a r t , f i r s t p a r t i s a p p l i e d c l u s t e r i n gm e t h o d t h a t i s i m p r o v e d t h e c o n t r a c t i o n s p e e d a n d i ss i m p l e s t r u c t u r e . T a b l e 1 s h o w s s e t o f f u z z y r u l eT a b l e I F u z z y r u l e t a b l e

NL NM NS ZE P S PM PLNL NL NL NL NL NM NS ZENM NL NL NL NM NS ZE P SNS NL NL NM NS ZE P S PMZE NL NM NS ZE P S PM PLP S NM NS ZE P S PM PL PLPM NS ZE P S PM PL PL PLPL ZE P S PM PL PL PL PL

j S l ( c e o ) )NL NM NS ZEPS PM PL

~Izv \/ \ L c e w r l p u ]+ 1 C 1 C 2 0 - c l -C2 1( b ), u A ( A i q s )

NL NM NS ZEPS PM PL

A i * q A A ]+ 1 " I l i 2 0 i - " I - 2 - 1

( c )F i g . 4 M e m b e r s h i p f u n c t i o n o f t h e f u z z y v a r i a b l e s

F i g . 5 S t r u c t u r e o f f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e rF i g u r e 6 s h o w s o r g a n i z a t i o n o f f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r .I n p u t v a r i a b l e o f t w o i s e r r o r e , v a r i a t i o n o f e r r o rc e a n d o u t p u t v a r i a b l e i s U .

A 1 A 2 A 3 A 4

F i g . 6 T h e c o n s t r u c t i o n o f f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r

I n p u t s p a c e i s d i v i d e d s p a c e o f 4 9 a t f u z z y r u l e b a s e .I f r u l e i s e q u a l s a m e a c t i o n , d o i n g c l u s t e r i n g w i t h s a m ei n p u t s p a c e . And t h e n r u l e t h a t u n i t e d new c l u s t e r i n g i sr e d e s i g n e d b y e x p e r t a n d r e a l i z e d n e u r a l n e t w o r k . T h en u m b e r o f f u z z y r u l e c a n b e v e r y d e c r e a s e d b yc l u s t e r i n g m e t h o d . T h i s r e a l i z a t i o n c a n b e d e s i g n e d t h en o n l i n e a r f u n c t i o n a n d i s d i v i d e d i n p u t s p a c e o f f u z z yb y s i g m o i d c h a r a c t e r i s t i c o f n e u r o n . E a c h o u t p u t o fn e u r o n a t A 3 l a y e r i s t r u t h v a l u e o f f u z z y r u l e a t e a c hp a r t s p a c e . T o r e a l i z e f u z z y c l u s t e r i n g a n d l e a r n i n g ,f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r t h a t o b t a i n e d t h e s a m e e f f e c t a t4 9 r u l e s i s n e e d e d f u n c t i o n o f e r r o r . E r r o r f u n c t i o n t h a ti s d e t e r m i n e d t h r o u g h a c h i e v e m e n t o f r e q u i r e m e n tp a r t i t i o n i n f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r i s f r a m e a s

2 ( 1 T i 6 ) )2 = ( 6 )1 , ( x I , x 2 ) e R 'T i = 0 , o t h e r w i s e ( 7 )

W h e r e , r i s n u m b e r o f c l u s t e r , T i i s f u n c t i o n t h a td e t e r m i n e w h e t h e r a n y i n p u t d a t e i s i n c l u d e d r e q u i r e dc l u s t e r . And i i s o u t p u t o f n e u r o n a t A 3 l a y e r .

A f t e r d e f i n e d e r r o r f u n c t i o n , T o m i n i m i z e e r r o r , n e x ts t e p i s a d j u s t w e i g h t W i k a n d W i b e t w e e n A l l a y e ra n d A 3 l a y e r b y b a c k - p r o p a g a t i o n a l g o r i t h m . T h r o u g hw e i g h t c o n t r o l , n e u r a l n e t w o r k c a n b e c o m p l e t e l yr e a l i z e d t h e f i r s t p a r t o f f u z z y r u l e .A W j k = (8)a W j k ( 8 )

5 . REALIZATION OF FUZZY-NEUROCONTROLLER5 . 1 . T h e f i r s t p a r t r e a l i z a t i o n

A W i j = - 7 7 8 iWhere

6 8 0

- q O i O j ( 9 )


4/6

( 1 0 )( 1 1 )

i i s o u t p u t o f n e u r o n a t A 2 l a y e r , 1 7 i s l e a r n i n g r a t e ,f ( ) i s d i f f e r e n t i a t i o n o f s i g m o i d f u n c t i o n , U i a n d U i si n d i c a t e d t o t a l i n p u t a b o u t e a c h n e u r o n a tb e t w e e n A 2 l a y e r a n d A 3 l a y e r . F i n a l l y , t o i m p r o v ec o n t r a c t i o n s p e e d a n d a v o i d v i b r a t i o n i n l e a r n i n g c o u r s e ,new a d j u s t m e n t c a n b e a s s u m e d momentum t e r m .W j k ( t + 1 ) W j k ( t ) + A W J k + [ W j k ( t ) - W j k ( t - 1 ) ]W , j ( t + 1 ) = W X j ( t ) + A \ W j + a [ W , , ( t ) -W x y ( t -1 ) ] ( 1 2 )( 1 3 )5 . 2 R e a l iz a t io n o f t h e s e c o n d p a r t

I n F i g . 6 , n e u r a l n e t w o r k b e t w e e n A 3 l a y e ra n d A 4 l a y e r i s i n d i c a t e d s e c o n d p a r t o f f u z z y r u l e . W h i l ewl e a r n i n g , w e i g h t c i i s a d j u s t e d m i n i m i z e n e x t e r r o rf u n c t i o nE - ( U * U ) 22 ( 1 4 )U a n d U i s i n d i c a t e d d e m a n d v a l u e a n d r e a l v a l u eo f f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r .V a r i a t i o n c i o f W e i g h t c i u s i n g g e n e r a l d e l t ar u l e c a n b e m i n i m i z e d e q u a t i o n ( 1 4 ) a n dT h e s e c o n d p a r t o f f u z z y r u l e r e d e f i n e a n d d e t e r m i n et h e b e l o w t h e e q u a t i o n .

A W C i = - a E - q d c O 0WJ ( t + 1 ) = W W i ( t ) + A W W i + a [ W Z i ( t ) - W Z i ( t - 1 ) ] ( 1 5 )( 1 6 )

6 c i s e r r o r s i g n a l i n f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r6 . DESIGN OF HYBRID ARTIFICIALINTELLIGENT CONTROLLER

I n d u c t i o n m o t o r d r i v e i s r e q u i r e d h i g h p e r f o r m a n c ea n d t e n a c i t y a l t h o u g h v a r i o u s s p e e d a s s u m p t i o n a b i l i t y ,l o a d a n d i n e r t i a , p a r a m e t e r i s c h a n g e d i n e x c e s sc h a r a c t e r i s t i c . H y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r i sd e s i g n e d r e f e r e n c e m o d e l i n f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r a n di s c o n s i s t o f a d a p t i v e m e c h a n i s m a s f u z z y i n f e r e n c e .F i g u r e 7 i s c o n s i s t e d o f h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r t h a t i s d e s i g n e d f u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r a n dc o n n e c t e d ( A d a p t i v e F u z z y C o n t r o l l e r ) A FC i n p a r a l l e l .I n o r d e r t o f u z z y - n e u r o e r r o r c o m p e n s a t i o n , u s e d A F C .A FC i s i n d i c a t e d a d a p t i v e m e c h a n i s m t h a t c o n s i d e r e dr e f e r e n c e m o d e l .

wk)~~T FNNIntgrIor ( k NN)LL- { S s0 O r ( k )F i g . 7 A l g o r i t h m o f p r o p o s e d h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r

O u t p u t b y f u z z y - n e u r o a l g o r i s m i s i q s ( k ) o u t p u tAb y A FC i s i q s 2 ( k ) . A f t e r s u m o f t w o o u t p u t s , o r d e r qa x l e c u r r e n t o b t a i n e d t r o u g h i n t e g r a t o r .

O u t p u t o f m o t o r 6 r ( k ) i s c o m p a r e d w i t h o u t p u t o fr e f e r e n c e m o d e l M m ( k ) a n d e r r o r e n m ( k ) i sa c c o m p l i s h e d b y A F C . R e f e r e n c e m o d e l i s u s e d p r i m a r ys y s t e m f o r r e q u i r e m e n t p e r f o r m a n c e t h a t i s s a t i s f i e dd e s i g n r e f e r e n c e l i k e o v e r s h o o t a n d s t a b i l i t y t i m e .F i g u r e 8 i s i n d i c a t e d t h e A FC b y r e f e r e n c e m o d e l . A FCa n d f u z z y - n e u r o l o o p i s c o n n e c t e d i n p a r a l l e l .r c e W ( k )

O ( k ) AFC+ X p e m ( k )C O r ( k )F i g . 8 A FC w i t h r e f e r e n c e m o d e l

O u t p u t i s o c c u r r e d a A q s 2 ( k ) b y A F C . A f t e r t h e sumA i * I ( k ) A * i 2 ( k ) A i ( k )o f A s a n d , q s i s o b t a i n e d . Andt h e n i q S ( k ) i s o c c u r r e d b y i n t e g r a t o r , a n d a p p l y t h ep l a n t .A FC i n p u t u s e i n p u t o f r e f e r e n c e m o d e l , e r r o r o f r e a ls p e e d ( e O J m ( k ) ) , v a r i a t i o n o f e r r o r ( c e a n ( k ) )e c 6 m ( k ) = M t m ( k ) -e t i m ( k )c e a , m ( k ) = e a , ( k ) -ea ( k - 1 ) ( 1 7 )( 1 8 )Command q a x i s c u r r e n t o f f u z z y c o n t r o l l e r c a n b e

o b t a i n e d t h a t sum o f A \ i q $ I ( k ) a n d A \ i q > 2 ( k )i q s ( k ) = i * ( k - 1 ) + [ A i ' * ( k ) + A i ' * 2 ( k ) ] ( 1 9 )

C o n t r o l l e d i n d u c t i o n m o t o r d r i v e s y s t e m b y h y b r i da r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r i s s a m e f i g u r e 9 . AndI n v e r t e r u s e d SV PWM m e t h o d .V . I MC u r r e l n t b s S V PWMH A C o n t r o l I n v r t e rC o n t r o l l e r fI n t r a t o r

F i g . 9 C o n f i g u r a t i o n d i a g r a m o f i n d u c t i o n m o t o r d r i v e

6 8 1

( 5 . =( T 0 , ) f ' ( U , )6 j =f ' ( U j ) Y 6 , W j


5/6

7 . PERFORMANCE RESULT OF SYSTEMF i g u r e 1 0 i s i n d i c a t e d t h a t m a n u f a c t u r e d i n d u c t i o nm o t o r o p e r a t i o n s y s t e m t h a t m a d e f o r e x p e r i m e n t i n t h i sp a p e r .

IBM PC

CH 1 12 , 00 t1 < < M n, in >>CHZ 12~ 0 0 V t1 8 0 0

( [ r p m ]CH 1 - 4 : 0 0 V tCHZ - 4 : . 0 0 V WCH2 6 , 0 0V t

2 0 . . . . .( b ) i q s I [ A ] 0. . ..2 0( c ) T e [ N m ]

CH4 - 0" 0 0 V1- 5 0 0 0 5.00F i g . 1 2 R e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f HAI c o n t r o l l e r w i t hs t e p c o m m a n d s p e e d

F i g . 1 0 S y s t e m c o n f i g u r a t i o nA v a r i e t y d r i v e c o n d i t i o n o f I n d u c t i o n m o t o r w a sc o m p a r e d t h a t t h e r e s u l t s o f e x p e ri me n t HAI c o n t r o l l e ri n d i c a t e d w i t h FNN c o n t r o l l e r i n t h i s p a p e rF i g . 1 1 a n d 1 2 a r e c o n c l u s i o n t h a t t h e r e s p o n s ef e a t u r e s o f FNN c o n t r o l l e r a n d HAI c o n t r o l l e r w h e n t h ec o m m a n d s p e e d d r i v e a r a t e d 1 7 2 0 [ r p m ] i n n o l o a dc o n d i t i o n . F i g . ( a ) i s c o m m a n d s p e e d a n d r e a l s p e e d , f i g .( b ) i s i n d i c a t e d q a x i s c u r r e n t , f i g . ( c ) i s i n d i c a t e dg e n e r a t i o n t o r q u e . E x p e r i m e n t r e s u l t s a b o u t s t e pc o m m a n d s p e e d i s h i g h l y r e d u c e d HAI c o n t r o l l e r s p e e dm o r e t h a n FNN c o n t r o l l e r a n d t h e f a s t e r r i s i n g t i m e , t h ef a s t e r r e a c h e d s t e a d y - s t a t e .F i g . 1 3 a n d 1 4 i s i n d i c a t e d t h a t r e s p o n s e

c h a r a c t e r i s t i c s o f FNN c o n t r o l l e r a n d HAI c o n t r o l l e rw h e n d r i v e s 1 0 0 0 [ r p m ] a t n o l o a d a n d b r i n g l o a d - t o r q u e1 O [ N . m ] . W h i l e a t a d r i v i n g o f c o n s t a n t s p e e d , s p e e dc h a n g e i s r e d u c e d a n d r e a c h e d c o m m a n d s p e e d f a s t e rt h e r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f HAI c o n t r o l l e r t h a n FNNc o n t r o l l e r .F i g . 1 5 a n d 1 6 i s i n d i c a t e d t h a t r e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c o f FNN c o n t r o l l e r a n d HAI c o n t r o l l e rw h e n s t e p c o m m a n d s p e e d m a k e t h e f o r w a r d - r e v e r s eo p e r a t i o n a b o u t - 1 2 0 0 [ r p m ] a n d 1 2 0 0 [ r p m ] .CH I 12 , 0 0 V >CH3 12~ 00 V

. ..

CH.I 4 0 V.H 6 .

t . . . . . . . . . . . . . . ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ . . . . . . . . ..H 1-5 0 . 0

1 8 0 0( a ) C [ r p m ]

0 4

2 0( b ) ' q s [ A ] 0 j

2 0( c ) T e [ N m ]0 -

1 0 0 0( a ) , 4 r p m ]

02 0

( b ) ' q s [ A ] 02 0

( c ) T e [ N m ] 0 oF i g . 1 3 R e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f FNN c o n t r o l l e r w i t hc h a n g e o f l o a d t o r q u e

1 0 0 0( a ) o J [ r p m ]

02 0( b ) ' q s [ A ] 02 0( c ) T e [ N - m ] 0

F i g . 1 4 R e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f HAI c o n t r o l l e r w i t hc h a n g e o f l o a d t o r q u e

F i g . 1 1 R e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f FNN c o n t r o l l e r w i t hs t e p c o m m a n d s p e e d

6 8 2

0 0CHI 8- . 0 0 v < < M . , i , , )>CH3 81 00 v

CH I 0 , 00 VCH3 O. . 00 VCH2 6. . 00 VCH4 3 0 . 00 V

.0 0 0CH4 - 1 O ' , 00 v- 5 , . 00 5. 00

uCH 1 S. . 0 0 V < < > >CH3 ol 00 v

CH 1 0, 00 VCH3 0. 00 VCH2 6. 00 VCH4 3 0 . 00 V

C H 2 - 0 0 0 'VCH4 00 V- 5 : . 0 0 5. 0 0

Ik n . n


6/6

1 2 0 0( a ) a f [ r p m ]

- 1 2 0 02 0

( b ) ' q s [ A ] 2 02 0

( c ) T e [ N m ] 0F i g . 1 5 R e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f FNN c o n t r o l l e r w i t hc h a n g e o f s t e p c o m m a n d s p e e d

CH I 8 , : 0 0 v 1 2 0 0

( ) [ r p m ]

20 CHI -.2 0 . . . . - - - - - - - - -. 1 . .

0

REFERENCES[ 1 ] E . C e r r u t o , A . C o n s o i l , A . R a c i t i a n d A . T e s t a ," a d a p t i v e f u z z y c o n t r o l o f h ig h p e r f o r ma n c em o t i o n s y s t e m s , " i n P r o c . I E E E IECON C o n f . R e c . ,S a n D i e g o , C A , N o v . 9 - 1 3 , p p . 8 8 - 9 4 , 1 9 9 2 .[ 2 ] H . H o n g , e t a l . , "A d e s i g n o f a u t o - t u n i n g P I Dc o n t r o l l e r u s i n g f u z z y l o g i c , " i n P r o c , I E E EIECON C o n f , R e c . , S a n D i e g o , C A , N o v . 9 - 1 3 , p p9 7 1 - , 1 9 9 2[ 3 ] E . C e r r u t o , A . C o n s o i l , P . K u c e r a n d A . T e s t a , "Af u z z y l o g i c q u a s i s l i d i n g m o d e c o n t r o l l e d m o t o rd r i v e , " i n P r o c . I E E E I S I E C o n f . R e c , B u d a p e s t ,H u n g r a r y , J u n e 1 - 3 , p p . 6 5 2 - 6 5 7 , 1 9 9 3 .[ 4 ] K . J . A s t r o m a n d B . W i t t e n ma r k , " Ad a p t iv ec o n t r o l , " A d d i s o n - W e s l e y , 1 9 8 9[ 5 ] D . H . C h u n g , " F u z z y c o n t r o l f o r h i g h p e r f o r m a n c ev e c t o r c o n t r o l o f PMSM d r i v e s y s t e m , " K I E E , v o l .4 7 , n o . 1 2 , p p . 2 1 7 1 - 2 1 8 0 , 1 9 9 8 .[ 6 ] M . G . S i m o e s a n d B . K . B o s e , " M e u r a l n e t w o r kb a s e d e s t i m a t i o n o f f e e db a c k s i g m a l s f o r a v e c t o rc o n t r o l l e d i n d u c t i o n m o t o r d r i v e , " IEEE T r a n s . I A ,v o l . 3 1 , n o . 3 , p p . 6 2 0 - 6 2 9 , 1 9 9 5 .[ 7 ] M . T . W i s h a r t a n d R . G . H a r l e y , " I d e n t i f i c a t i o n a n dc o n t r o l o f i n d u c t i o n m a c h i n e s u s i n g n e u r a ln e t w o r k s , " I E E E T r a n s . I A , v o l . 3 1 , n o . 3 , p p .6 1 2 - 6 1 9 , 1 9 9 5[ 8 ] D . H . C h u n g , e t a l . , " MR AC f u z z y c o n t r o l f o r h i g hp e r f o r m a n c e c o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r , " T h eT r a n s . o f K I P E , v o l . 7 , n o . 3 , p p . 2 1 5 - 2 2 3 , 2 0 0 2

F i g . 1 6 R e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f HAI c o n t r o l l e r w i t hc h a n g e o f s t e p c o m m a n d s p e e d8 . CONCLUSION

I n t h i s p a p e r i s p r o p o s e d h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r f o r h i g h p e r f o r m a n c e c o n t r o l o f i n d u c t i o nm o t o r d r i v e . F u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r i s c o n s i s t e d t h a tt e r m a n d c o n c l u s i o n p a r t o f f u z z y r u l e u s i n g c l u s t e r i n gm e t h o d a n d m u l t i l a y e r n e u r a l n e t w o r k . I n t h i s c o n t r o l l e ri s o b t a i n e d h i g h p e r f o r m a n c e , r o b u s t c o n t r o l t h a t i si n d i c a t e d i n f u z z y c o n t r o l ' s a d v a n t a g e a n d a b i l i t y o fh i g h a d a p t i v e c o n t r o l t h a t i s i n d i c a t e d a d v a n t a g e o fn e u r a l n e t w o r k . T o i m p r o v e m o r e p e r f o r m a n c e , wea p p l i e d m e c h a n i s m m e t h o d t h a t i s b a s e d o n r e f e r e n c em o d e l .H y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r i s a p p l i e d t oi n d u c t i o n m o t o r d r i v e s y s t e m w h i c h t h e r e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c s w e r e a n a l y z e d s u c h a s p a r a m e t e r c h a n g e ,s t e a d y - s t a t e a n d t r a n s i e n t - s t a t e . H y b r i d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r r i s i n g t i m e i s f a s t e r t h a nf u z z y - n e u r o c o n t r o l l e r a n d o v e r s h o o t i s i n d i c a t e d m o r es m a l l a n d c a n b e a s s u m e d h i g h p e r f o r m a n c e w i t hs a m p l i n g t i m e , s p e e d , l o a d t o r q u e a n d c h a n g e o f i n e r t i a .I n t h i s p a p e r , h y b r i d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e rc a n b e o b t a i n e d s a t i s f a c t o r y p e r f o r m a n c e t h a t r e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c s o f p a r a m e t e r v a r i a t i o n , t r a n s i e n t - s t a t e a n de s t i m a t i o n o f s p e e d .

6 8 3

CH1 8- . 0 0 v < < M . , m >)CH3 81 00 v

CH 1 -8 : 00 vCH3 - 8 - . 00 VCH2 6- . 00 VCH4 v

CH2 .10 00 VCH4 -1 O ' , 00 v- 5 . 0 0 5. 0 0

( c ) T e [ N m ]

Hybrid Artificial Intelligent Control for Speed Control of IM

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