optimal operation of im using artificial neural network based on particle swarm optimization (pso)

8/14/2019 Optimal Operation of Im Using Artificial Neural Network Based on Particle Swarm Optimization (Pso)

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OPTIMAL OPERATION OF INDUCTION MOTORS USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKBASED ON PARTICLE SWARM OPTIMIZATION ( P S O )Radwan H . A . Hamid Am r M. A . Amin R e f a a t S . Ahmed A d e l A . A . El-GammalF a c u l t y o f E n g i n e e r i n g , Helwan U n i v e r s i t y , H e l w a n , C a i r o , E g y p tE - m a i l : AmrmaAnminyahoo.com, a d e 1 _ e 1 g a m m a 1 2 0 0 0 y a h o o . c o mA b s t r a ct : T hi s p a p e r p r e s e n t s t h e a p p l i c a t i o n o f n e u r a l n e t w o r k y i e l d s u b - o p t i m a l e f f i c i e n c y o p e r a t i o n e s p e c i a l l y w h e n t h e l o a d i sb a s e d o n PSO f o r l o s s e s a n d o p e r a t i n g c o s t m i n i m i z a t i o n c o n t r o l i n l i g h t [ 2 ] . T h e n t o i m p r o v e t h e m o t o r e f f i c i e n c y , t h e f l u x must b et h e i n d u c t i o n m o t o r d r i v e s . I n t h i s p a p e r , f o u r s t r a t e g i e s f o r r e d u c e d w h e n i t o p e r a t e s u n d e r l i g h t l o a d c o n d i t i o n s [ 2 ] , o b t a i n i n g ai n d u c t i o n m o t o r s p e e d c o n t r o l a r e p r o p o s e d . T h o s e f o u r s t r a t e g i e s b a l a n c e b e t w e e n c o p p e r a n d i r o n l o s s e s .a r e b a s e d o n PSO a n d c a l l e d Maximum E f f i c i e n c y S t r a t e g y , T h e c h a l l e n g e t o e n g i n e e r s , h o w e v e r , i s t o b e a b l e t o p r e d i c t t h eMinimum S t a t o r C u r r e n t S t r a t e g y , Maximum P o w e r F a c t o r a p p r o p r i a t e f l u x v a l u e s a t a n y o p e r a t i n g p o i n t s o v e r t h e c o m p l e t eS t r a t e g y , a n d Maximum W e i g h t e d C o s t S t r a t e g y . T h e p r o p o s e d t o r q u e a n d s p e e d r a n g e w h i c h w i l l m i n i m i z e t h e m a c h i n e s l o s s e s ,t e c h n i q u e i s b a s e d o n t h e p r i n c i p l e t h a t t h e f l u x l e v e l i n a m a c h i n e h e n c e m a x i m i z i n g t h e e f f i c i e n c y .c a n b e a d j u s t e d t o g i v e t h e m i n i m u m a m o u n t o f l o s s e s a n d I n g e n e r a l , t h e r e a r e t h r e e d i f f e r e n t a p p r o a c h e s t o i m p r o v e t h em i n i m u m o p e r a t i n g c o s t f o r a g i v e n v a l u e o f s p e e d a n d l o a d t o r q u e . i n d u c t i o n m o t o r e f f i c i e n c y e s p e c i a l l y u n d e r l i g h t - l o a d c o n d i t i o n sT h e m a i n a d v a n t a g e s o f t h e p r o p o s e d t e c h n i q u e a r e ; i t s s i m p l e [ 4 ] .s t r u c t u r e a n d i t s s t r a i g h t f o r w a r d m a x i m i z a t i o n o f i n d u c t i o n m o t o r A . LOSSES MODEL CONTROLLER ( L M C )e f f i c i e n c y a n d i t s o p e r a t i n g c o s t f o r a g i v e n l o a d t o r q u e . A s w i l l b e T h i s c o n t r o l l e r d e p e n d s on a m o t o r l o s s e s m o d e l t o c o m p u t e t h ed e m o n s t r a t e d , PSO i s s o e f f i c i e n t i n f i n d i n g t h e o p t i m u m o p e r a t i n g o p t i m u m f l u x a n a l y t i c a l l y [ 8 ] . T h e m a i n a d v a n t a g e o f t h i s a p p r o a c hm a c h i n e ' s f l u x l e v e l . T h e o p t i m u m f l u x l e v e l i s a f u n c t i o n o f t h e i s i t s s i m p l i c i t y a n d i t d o e s n o t r e q u i r e e x t r a h a r d w a r e . I n a d d i t i o n ,m a c h i n e l o a d a n d s p e e d r e q u i r e m e n t s . S i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t i t p r o v i d e s s m o o t h a n d f a s t a d a p t a t i o n o f t h e f l u x , a n d may o f f e ra c o n s i d e r a b l e e n e r g y a n d c o s t s a v i n g s i s a c h i e v e d i n c o m p a r i s o n o p t i m a l p e r f o r m a n c e d u r i n g t r a n s i e n t o p e r a t i o n [ 5 ] . H o w e v e r , t h ew i t h t h e c o n v e n t i o n a l m e t h o d o f o p e r a t i o n u n d e r t h e c o n d i t i o n o f m a i n p r o b l e m o f t h i s a p p r o a c h i s t h a t i t r e q u i r e s t h e e x a c t v a l u e s o fc o n s t a n t v o l t a g e t o f r e q u e n c y r a t i o a n d f i e l d o r i e n t e d c o n t r o l . m a c h i n e p a r a m e t e r s . T h e s e p a r a m e t e r s i n c l u d e t h e c o r e l o s s e s a n dt h e m a i n i n d u c t a n c e f l u x s a t u r a t i o n , w h i c h a r e u n k n o w n t o t h e u s e r sK e y w o r d s : I n d u c t i o n M o t o r , Maximum E f f i c i e n c y , o p e r a t i n g c o s t , a n d c h a n g e c o n s i d e r a b l y w i t h t e m p e r a t u r e , s a t u r a t i o n , a n d s k i nP a r t i c l e Swarm O p t i m i z a t i o n ( P S O ) e f f e c t . I n a d d i t i o n t h e s e p a r a m e t e r s may v a r y d u e t o c h a n g e s i n t h eo p e r a t i n g c o n d i t i o n s . B u t w i t h c o n t i n u i n g i m p r o v e m e n t o fNOMENCLATURE e v o l u t i o n a r y p a r a m e t e r d e t e r m i n a t i o n a l g o r i t h m s a s p r e s e n t e d i nr s s t a t o r r e s i s t a n c e ; r , r o t o r r e s i s t a n c e ; X l s s t a t o r l e a k a g e [ 1 1 ] t h e d i s a d v a n t a g e s o f m o t o r p a r a m e t e r d e p e n d e n c y i s s l o w l yr e a c t a n c e ; X I , r o t o r l e a k a g e r e a c t a n c e ; a , 3 e z S u p p l y f r e q u e n c y ; S d i s a p p e a r i n g .s l i p ; ( o , r o t o r s p e e d ; ( O b b a s e s p e e d ; 0 3 s s l i p s p e e d ; ( m a i r g a p f l u x ; B . SEARCH CONTROLLER ( S C )i s s t a t o r c u r r e n t I r o t o r c u r r e n t ; T e e l e c t r o m a g n e t i c t o r q u e ; T L T h i s c o n t r o l l e r m e a s u r e s t h e i n p u t p o w e r o f t h e m a c h i n e d r i v el o a d t o r q u e ; P l o s s t o t a l p o w e r l o s s e s ; P C , c o p p e r l o s s e s ; P f e i r o n r e g u l a r l y a t f i x e d t i m e i n t e r v a l s a n d s e a r c h e s f o r t h e f l u x v a l u el o s s e s ; P s s t r a y l o s s e s ; P f , , m e c h a n i c a l l o s s e s ; k e , k h e d d y c u r r e n t w h i c h r e s u l t s i n minimum p o w e r i n p u t f o r g i v e n v a l u e s o f s p e e da n d h y s t e r e s i s c o e f f i c i e n t s ; c s t , s t r a y l o s s e s c o e f f i c i e n t ; C f , , a n d l o a d t o r q u e [ 2 ] , [ 4 ] , [ 7 ] . T h i s p a r t i c u l a r m e t h o d d o e s n o tm e c h a n i c a l l o s s e s c o e f f i c i e n t ; S I , S 2 , S 3 m a g n e t i z i n g c u r v e d e m a n d k n o w l e d g e o f t h e m a c h i n e p a r a m e t e r s a n d t h e s e a r c hc o e f f i c i e n t s . p r o c e d u r e i s s i m p l e t o i m p l e m e n t . H o w e v e r , s o m e d i s a d v a n t a g e s1 . INTRODUCTION a p p e a r i n p r a c t i c e , s u c h a s c o n t i n u o u s d i s t u r b a n c e s i n t h e t o r q u e ,I t i s e s t i m a t e d t h a t m o r e t h a n 50% o f t h e w o r l d e l e c t r i c e n e r g y s l o w a d a p t a t i o n ( 7 s e c . ) [ 4 ] , d i f f i c u l t i e s i n t u n i n g t h e a l g o r i t h m f o r ag e n e r a t e d i s c o n s u m e d b y e l e c t r i c m a c h i n e s [ 1 ] . I m p r o v i n g g i v e n a p p l i c a t i o n , a n d t h e n e e d f o r p r e c i s e l o a d i n f o r m a t i o n . I ne f f i c i e n c y i n e l e c t r i c d r i v e s i s i m p o r t a n t , m a i n l y , f o r two r e a s o n s : a d d i t i o n , t h e p r e c i s i o n o f t h e m e a s u r e m e n t s may b e p o o r d u e t oe c o n o m i c s a v i n g a n d r e d u c t i o n o f e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n . s i g n a l n o i s e a n d d i s t u r b a n c e s . T h i s i n t u r n may c a u s e t h e SCI n d u c t i o n m o t o r s h a v e a h i g h e f f i c i e n c y a t r a t e d s p e e d a n d t o r q u e . m e t h o d t o g i v e u n d e s i r a b l e c o n t r o l p e r f o r m a n c e . M o r e o v e r ,H o w e v e r , a t l i g h t l o a d s , t h e i r o n l o s s e s i n c r e a s e d r a m a t i c a l l y , n o m i n a l f l u x i s a p p l i e d i n t r a n s i e n t s t a t e a n d i s t u n e d a f t e r t h er e d u c i n g c o n s i d e r a b l y t h e e f f i c i e n c y . T h e m a i n i n d u c t i o n m o t o r s y s t e m r e a c h e s s t e a d y s t a t e t o a n o p t i m a l v a l u e b y n u m e r o u sl o s s e s a r e u s u a l l y s p l i t i n t o 5 c o m p o n e n t s : s t a t o r c o p p e r l o s s e s , i n c r e m e n t s , t h u s l e n g t h e n i n g t h e o p ti m i z at i o n p r o ce s s [ 3 ] , [ 9 - 1 0 ] .r o t o r c o p p e r l o s s e s , i r o n l o s s e s , m e c h a n i c a l l o s s e s a n d s t r a y l o s s e s . S o t h e SC t e c h n i q u e may b e s l o w i n o b t a i n i n g t h e o p t i m a l p o i n t .T h e e f f i c i e n c y w h i c h d e c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g l o s s e s c a n b e A l s o , i n r e a l s y s t e m s , i t may n o t r ea ch a s t e a d y - s t a t e a n d s o c a u s ei m p r o v e d b y m i n i m i z i n g t h e l o s s e s . C o p p e r l o s s e s d e c r e a s e w i t h o s c i l l a t i o n s i n t h e a i r g a p f l u x t h a t r e s u l t i n u n d e s i r a b l e t o r q u ed e c r e a s i n g t h e s t a t o r a n d t h e r o t o r c u r r e n t s w h i l e t h e c o r e l o s s e s d i s t u r b a n c e s . F o r t h e s e r e a s o n s , t h i s i s n o t a g o o d m e t h o d i ne s s e n t i a l l y i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g a i r - g a p f l u x d e n s i t y . A s t u d y o f i n d u s t r i a l d r i v e s .t h e c o p p e r a n d c o r e l o s s e s c o m p o n e n t s r e v e a l s t h a t t h e i r t r e n d s C . LOOK UP TABLE SCHEMEc o n f l i c t . When t h e c o r e l o s s e s i n c r e a s e , t h e c o p p e r l o s s e s t e n d s t o I t g i v e s t h e o p t i m a l f l u x l e v e l a t d i f f e r e n t o p e r a t i n g p o i n t s . T h i sd e c r e a s e . H o w e v e r , f o r a g i v e n l o a d t o r q u e , t h e r e i s a n a i r - g a p f l u x t a b l e , h o w e v e r , r e q u i r e s c o s t l y a n d t i m e - c o n s u m i n g p r i o rd e n s i t y a t w h i c h t h e t o t a l l o s s e s i s m i n i m i z e d . H e n c e , e l e c t r i c a l m e a s u r e m e n t s f o r e a c h m o t o r [ 4 ] .l o s s e s m i n i m i z a t i o n p r o c e s s u l t i m a t e l y c o m e s d o w n t o t h e s e l e c t i o n I n t h i s p a p e r , a n e w c o n t r o l s t r a t e g y u s e s t h e l o s s m o d e l c o n t r o l l e ro f t h e a p p r o p r i a t e a i r - g a p f l u x d e n s i t y o f o p e r a t i o n . S i n c e t h e a i r - b a s e d o n PSO i s p r o p o s e d . T h i s s t r a t e g y i s s i m p l e i n s t r u c t u r e a n dg a p f l u x d e n s i t y m u s t b e v a r i a b l e w h e n t h e l o a d i s c h a n g i n g , c o n t r o l h a s t h e s t r a i g h t f o r w a r d g o a l o f m a x i m i z i n g t h e e f f i c i e n c y f o r as c h e m e s i n w h i c h t h e ( r o t o r , a i r - g a p ) f l u x l i n k a g e i s c o n s t a n t w i l l g i v e n l o a d t o r q u e . T h e r e s u l t i n g i n d u c t i o n m o t o r e f f i c i e n c y i s

1 - 4 2 4 4 - 0 7 2 6 - 5 / 0 6 / $ 2 0 . O O ' 2 0 0 6 IEEE 2 4 0 8


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r e a s o n a b l y c l o s e t o o p t i m a l . I t i s w e l l k n o w n t h a t t h e p r e s e n c e o f T h e s l i p i s d e f i n e d b y :u n c e r t a i n t i e s ( t h e r o t o r r e s i s t a n c e , f o r i n s t a n c e ) m a k e s t h e r e s u l t n o s -___ ___ ( 4 )m o r e o p t i m a l . D i g i t a l c o m p u t e r s i m u l a t i o n r e s u l t s a r e o b t a i n e d t o e s + d e m o n s t r a t e t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e p r o p o s e d m e t h o d . T h e r o t o r c u r r e n t i s g i v e n b y2 . PARTICLE SWARM OPTIMIZATION ( 5 )P a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n ( P S O ) i s a n e v o l u t i o n a r y c o m p u t a t i o n I ' 2t e c h n i q u e ( a s e a r c h m e t h o d b a s e d o n a n a t u r a l s y s t e m ) d e v e l o p e d ' + x / 2b y K e n n e d y a n d E b e r h a r t [ 3 ] , [ 5 ] . T h e s y s t e m i n i t i a l l y h a s a Xp o p u l a t i o n o f r a n d o m s o l u t i o n s . E a c h p o t e n t i a l s o l u t i o n , c a l l e d a T h e e l e c tr o m a g n e t i c t o r q u e i s g i v e n b yp a r t i c l e . E a c h p a r t i c l e i s g i v e n a r a n d o m v e l o c i t y a n d i s f l o w n ( r' >t h r o u g h t h e p r o b l e m s p a c e . T h e p a r t i c l e s h a v e memory a n d e a c h K s 9 ( 6 )p a r t i c l e k e e p s t r a c k o f i t s p r e v i o u s b e s t p o s i t i o n ( c a l l e d t h e p b e s t ) T r 2 0a n d i t s c o r r e s p o n d i n g f i t n e s s . T h e r e e x i s t a n u m b e r o f p b e s t f o r t h e r + X 2r e s p e c t i v e p a r t i c l e s i n t h e s w a r m a n d t h e p a r t i c l e w i t h g r e a t e s t s af i t n e s s i s c a l l e d t h e g l o b a l b e s t ( g b e s t ) o f t h e s w a r m . T h e b a s i c T h e s t a t o r c u r r e n t i s r e l a t e d t o t h e a i r g a p f l u x a n d t h ec o n c e p t o f t h e PSO t e c h n i q u e l i e s i n a c c e l e r a t i n g e a c h p a r t i c l e e l e c t r o m a g n e t i c t o r q u e a s :t o w a r d s i t s p b e s t a n d g b e s t l o c a t i o n s , w i t h a r a n d o m w e i g h t e d 2 T 2a c c e l e r a t i o n a t e a c h t i m e s t e p . i s +

3 + + CL ( 7 )T h e m a i n s t e p s i n t h e p a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n p r o c e s s a r e ind e s c r i b e d a s f o l l o w s : x( a ) I n i t i a l i z e a p o p u l a t i o n o f p a r t i c l e s w i t h r a n d o m p o s i t i o n s a n d W h e r e C L = 1+ 2 x i r ( 8 )x mv e l o c i t i e s i n d d i m e n s i o n s o f t h e p r o b l e m s p a c e a n d f l y t h e m . T h e a i r g a p f l u x i s r e l a t e d t o t h e e l e c t r o m a g n e t i c t o r q u e a s :( b ) E v a l u a t e t h e f i t n e s s o f e a c h p a r t i c l e i n t h e s w a r m .( c ) F o r e v e r y i t e r a t i o n , c o m p a r e e a c h p a r t i c l e ' s f i t n e s s w i t i t s + X 22( 9 )p r e v i o u s b e s t f i t n e s s ( p b e s t ) o b t a i n e d . I f t h e c u r r e n t v a l u e i s I VT eb e t t e r t h a n p b e s t , t h e n s e t p b e s t e q u a l t o t h e c u r r e n t v a l u e a n d T h e e f f i c i e n c y i s d e f i n e d a s t h e o u t p u t p o w e r d i v i d e d b y t h et h e p b e s t l o c a t i o n e q u a l t o t h e c u r r e n t l o c a t i o n i n t h e d - e l e c t r i c p o w e r s u p p l i e d t o t h e s t a t o r ( i n v e r t e r l o s s e s a r e i n c l u d e d ) :d i m e n s i o n a l s p a c e . p( d ) C o m p a r e p b e s t o f p a r t i c l e s w i t h e a c h o t h e r a n d u p d a t e t h e t , o u t ( 1 0 )s w a r m g l o b a l b e s t l o c a t i o n w i t h t h e g r e a t e s t f i t n e s s ( g b e s t ) . P i n( e ) C h a n g e t h e v e l o c i t y a n d p o s i t i o n o f t h e p a r t i c l e A c c o r d i n g t o T h e c o n v e n t i o n a l p o w e r f a c t o r i s d e f i n e d a s t h e i n p u t p o w e r d i v i d e de q u a t i o n s ( 1 ) a n d ( 2 ) r e s p e c t i v e l y . b y t h e a p p a r e n t p o w e r .V i d W * V i d + c 1 * r a n d 1 * ( P i d - X i d ) + C 2 * r a n d 2 * ( P g d - X i d ) ( 1 ) = Pe ( 1 1 )d - X i d + V i d ( 2 ) +W h e r e : V i d a n d X i d r e p r e s e n t t h e v e l o c i t y a n d p o s i t i o n o f t h e T h e i n d u c t i o n m o t o r l o s s e s a r e t h e f o l l o w i n g :i _ t h p a r t i c l e w i t h d d i m e n s i o n s , r e s p e c t i v e l y . r a n d l a n d r a n d 2 1 . C o p p e r l o s s e s : t h e s e a r e d u e t o f l o w o f t h e e l e c t r i c c u r r e n ta r e t w o u n i f o r m r a n d o m f u n c t i o n s , a n d W i s t h e i n e r t i a t h r o u g h t h e s t a t o r a n d r o t o r w i n d i n g s a n d a r e g i v e n b y :w e i g h t , w h i c h i s c h o s e n b e f o r e h a n d . p = r I + ( 1 2 )( f ) R e p e a t s t e p s ( a ) t o ( e ) u n t i l c o n v e r g e n c e i s r e a c h e d b a s e d o n 2 . I r o n l o s s e s : t h e s e a r e t h e l o s s e s d u e t o e d d y c u r r e n t a n ds o m e d e s i r e d s i n g l e o r m u l t i p l e c r i t e r i a .PSO h a s many p a r a m e t e r s a n d t h e s e a r e d e s c r i b e d a s f o l l o w s : W i s h y s t e r e s i s , g i v e n bc a l l e d t h e i n e r t i a w e i g h t t h a t c o n t r o l s t h e e x p l o r a t i o n a n d P c o r e = k e ( i + a ( + k h ( I + s ) a ( ( 1 3 )e x p l o i t a t i o n o f t h e s e a r c h s p a c e b e c a u s e i t d y n a m i c a l l y a d j u s t sv e l o c i t y . Vmax i s t h e maximum a l l o w a b l e v e l o c i t y f o r t h e p a r t i c l e s 3 . S t r a y l o s s e s : t h e s e a r i s e on t h e c o p p e r a n d i r o n o f t h e m o t o r( i . e . i n t h e c a s e w h e r e t h e v e l o c i t y o f t h e p a r t i c l e e x c e e d s V m a x , a n d a r e g i v e n b y :

t h e n i t i s l i m i t e d t o V m a x ) . T h u s , r e s o l u t i o n a n d f i t n e s s o f s e a r c hpC c o 2 i 2 ( 1 4 )d e p e n d s o n V m a x . I f Vmax i s t o o h i g h , t h e n p a r t i c l e s w i l l move s s t r r rb e y o n d a g o o d s o l u t i o n . I f Vmax i s t o o l o w , p a r t i c l e s w i l l b e 4 . M e c h a n i c a l l o s s e s : t h e s e a r e d u e t o t h e f r i c t i o n o f t h et r a p p e d i n l o c a l m i n i m a . T h e c o n s t a n t s c l a n d c 2 i n ( 1 ) a n d ( 2 ) , 2t e r m e d a s c o g n i t i o n a n d s o c i a l c o m p o n e n t s , r e s p e c t i v e l y . T h e s e s a r ePC c ) r ( 1 5 )t h e a c c e l e r a t i o n c o n s t a n t s w h i c h c h a n g e s t h e v e l o c i t y o f a p a r t i c l e 5 . i n v e r t e r l o s s e st o w a r d s p b e s t a n d g b e s t ( g e n e r a l l y , s o m e w h e r e b e t w e e n p b e s t a n d T h e a p p r o x i m a t e i n v e r t e r l o s s a s a f u n c t i o n o f s t a t o r c u r r e n t i sgbest).gieby3 . BACKGROUNDgiebyT h e f o l l o w i n g d e f i n i t i o n s a r e u s e f u l i n s u b s e q u e n t a n a l y s e s . P i m =KK, j i l i i s + Ki i s ( 6R e f e r r i n g t o t h e a n a l y s i s o f t h e i n d u c t i o n m o t o r p r e s e n t e d i n [ 6 ] , t h e W h e r e K 1 n v K 2 n a r e c o e f f i c i e n t s d e t e r m i n e d b y t h e e l e c t r i c a lp e r - u n i t f r e q u e n c y i s c h a r a c t e r i s t i c s o f a s w i t c h i n g e l e m e n t w h e r e : K 1 n v 3 . 1 3 0 7 e -a O=0)(0)s+ ( 3 ) 0 0 5 , K 2 j n V = 0 . 0 2 5 0d ) b d ) b ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ T h eo t a l p o w e r l o s s e s a r e e x p r e s s e d a s :2409


3/6

P ~ o s s -Pu + P ~ o e +P +P +P_ - [ r I 2 + r ' I 2 ] + T h i s o b j e c t i v e f u n c t i o n g i v e s a n o p e r a t i n g p o i n t w h i c h t r a d e s o f f t h e. i l s s e s .P, e P s + i , P i , = i n v e r s e o f s t a t o r c u r r e n t , P F , a n d e f f i c i e n c y o f t h e m o t o r d e p e n d i n g+ [ k e ( k + S 2 ) 2 _ , + k h ( 1 + s ) a Q b J + [ C s t r 1 1 ] + ( 7 ) o n t h e v a l u e s o f w e i g h t s c U l , c 2 , a n d U 3 .+ [ C 1 a i + K 2 1 i s ] W e i g h t e d c o s t f u n c t i o n = a c , ( 7 7 ) + c a 2 + c a 3 ( P F ) ( 2 5 )T h e o u t p u t p o w e r i s g i v e n b y :P o u t = T l x C O r ( 1 8 ) W h e r e ( a X + C2 + a 3 ( 2 6 )T h e i n p u t p o w e r i s g i v e n b y : W h e r e U c 1 , U 2 , a n d U 3 a r e w e i g h t i n g f u n c t i o n s o f m o t o r e f f i c i e n c y ,i n v e r s e o f s t a t o r c u r r e n t , a n d t h e m o t o r p o w e r f a c t o r , r e s p e c t i v e l y .P i n = P o I + I o s s e s [ r 5 < + ] + [ k e ( i +S ) a 2 0 t 4 n + T h e s e w e i g h t i n g f u n c t i o n s v a r y i n d i f f e r e n t c a s e s a c c o r d i n g t o t h e. 2 .C2 i m p o r t a n c e o f c o s t f u n c t i o n c o m p o n e n t s . F o r e x a m p l e , i f s t a t o r+ [ k h ( + s ) a O M ] + [ C s t r 2 ]+[C ( O + ( c u r r e n t m i n i m i z a t i o n i s g i v e n a h i g h e r p r i o r i t y , U 2 i s i n c r e a s e d . T h e

i 2 . w e i g h t i n g f a c t o r s are d e p e n d e n t o f t h e o p e r a t i n g c o n d i t i o n ( T L , ( 0 r ) .+ [ K i n s + K 2 i n v i s ] + T , X C r A t c e r t a i n o p e r a t i n g p o i n t , t h e r e a r e u n i q u e v a l u e s o f U , , U 2 , U 3 DT h e e f f i c i e n c y i s e x p r e s s e d a s : a n d e z , t h a t m a x i m i z e t h e w e i g h t e d c o s t f u n c t i o n . PSO a d j u s t s t h e s ef a c t o r s a t c e r t a i n l o a d c o n d i t i o n t o m a x i m i z e t h e w e i g h t e d c o s t( T e x O) ( 2 0 ) f u n c t i o n . T h e o p t i m i z a t i o n i n s h o u l d o b s e r v e t h e f a c t t h a t t h e7 7 e r a m p l i t u d e o f t h e s t a t o r c u r r e n t a n d f l u x c a n n o t e x c e e d t h e i rs s + r r r e + s a m + s s p e c i f i e d m a x i m u m .( k I + s ) a / 2 ) + C r2 i 2 )+ F o u r o b j e c t i v e f u n c t i o n s a r e g e n e r a t e d f r o m t h e w e i g h t e d c o s tovers k h i f s)astrri r l 2 l l ; f u n c t i o n . T h e s e f u n c t i o n s are+ C r f c r ) + ( K l i n v i 2 K 2 i n v i s ) + ( T l x C r ) 1 - U l = 1 , 2 = 0 a n d C 3 = 0 , M a x i m i z e iT h e o p e r a t i n g c o s t o f t h e i n d u c t i o n m a c h i n e s h o u l d b e c a l c u l a t e d 2 . ( = u , 2 = 1 , a n d ( X 3 = 0 , M i n i m i z e I ,

o v e r t h e w h o l e l i f e c y c l e o f t h e m a c h i n e . T h a t c a l c u l a t i o n c an b e 3 . ( x I = 0 , u 2 = 0 , a n d ( X 3 = 1 , M a x i m i z e P Fm a d e t o e v a l u a t e t h e c o s t o f t h e c o n s u m e d e l e c t r i c a l e n e r g y . T h e 4 . ( x , c X 2 , a n d ( X 3 , a r e a d j u s t e d u s i n g PSO t o M a x i m i z e t h ev a l u e o f a v e r a g e e n e r g y c o s t c o n s i d e r i n g t h e p o w e r f a c t o r p e n a l t i e s w e i g h t e d c o s t f u n c t i o nc a n b e d e t e r m i n ed b y t h e f o l l o w i n g s t a g e s : 4 . 1 MAXIMUM EFFICIENCY STRATEGY1 . I f 0 < PF < 0 . 7 I n MES ( M a x i m u m E f f i c i e n c y S t r a t e g y ) , t h e s l i p f r e q u e n c y i sL. 9 - PF 1 ( 2 1 ) a d j u s t e d s o t h a t t h e e f f i c i e n c y o f t h e i n d u c t i o n m o t o r d r i v e s y s t e mC = Co L C l J o i s m a x i m i z e d . I n t h i s s t r a t e g y t h e w e i g h t i n g f a c t o r s t a k e t h e0 . 0 1 1 0 0 f o l l o w i n g v a l u e s : U , = 1 , U 2 = 0 , a n d U 3 = 0 . F i g u r e I s h o w s t h e2 . I f 0 . 7 < PF < 0 . 9 2 , I f PF . 0 . 9 PF = 0 . 9 e f f i c i e n c y v a r i a t i o n w i t h r e s p e c t t o t h e r o t o r a n d s l i p s p e e d a tc 1 + 0 . 9 - PF 0 . 5 1 ( 2 2 ) v a r i o u s l e v e l s o f l o a d t o r q u e . F r o m t h e f i g u r e , i t i s o b v i o u s t h a t a t0LY 0 . 0 1 ) 1 0 0 j c e r t a i n l o a d t o r q u e a n d r o t o r s p e e d , t h e r e i s a c e r t a i n v a l u e o f s l i pf r e q u e n c y a t w h i c h t h e maximum e f f i c i e n c y o c c u r s . T h e t a s k o f3 . I f 0 . 9 < PF . 1 I f 0 . 9 5 . PF .P F P F = 0 . 9 5 P S O c o n t r o l l e r i s t o f i n d t h a t v a l u e o f f l u x o r s l i p f r e q u e n c y a tc = C 0 1 + r 0 . 9 -PF ) 0 . 5 1 ( 2 3 ) w h i c h t h e maximum e f f i c i e n c y o c c u r s . A t c e r t a i n l o a d t o r q u e a n dL V 0 . 0 1 ) 1 0 0 r o t o r s p e e d , t h e PSO c o n t r o l l e r d e t e r m i n e s t h e s l i p f r e q u e n c y ( 0 , a t

I f t h e a v e r a g e e n e r g y c o s t C i s c a l c u l a t e d , i t c a n b e u s e d t o e s t a b l i s h w h i c h t h e maximum e f f i c i e n c y o c c u r .t h e p r e s e n t v a l u e o f l o s s e s . T h e t o t a l c o s t o f t h e m a c h i n e i s t h e s u m 4 . 2 MINIMUM STATOR CURRENT STRATEGY,I n MSCS ( M i n i m u m S t a t o r C u r r e n t S t r a t e g y ) , t h e s l i p f r e q u e n c yi s a d j u s t e d s o t h a t t h e s t a t o r c u r r e n t o f t h e i n d u c t i o n m o t o r i sm a i n t e n a n c e c o s t s . m i n i m i z e d . I n t h i s s t r a t e g y t h e w e i g h t i n g f a c t o r s t a k e t h e f o l l o w i n gPW =CxTxNxP 1 ( F 2 4 i v a l u e s : U = 0 , U 2 = 1 , a n d U 3 = 0 . F i g u r e 2 shows t h e s t a t o r c u r r e n tL cXTXNXPoutxK ( 2 4 ) v a r i a t i o n w i t h r e s p e c t t o t h e r o t o r a n d s l i p s p e e d a t v a r i o u s l e v e l s o fL ' / 1 _ l o a d t o r q u e . F r o m t h e f i g u r e , i t i s o b v i o u s t h a t a t c e r t a i n l o a d t o r q u eW h e r e : a n d r o t o r s p e e d , t h e r e i s a c e r t a i n v a l u e o f s l i p f r e q u e n c y a t w h i c hPW L - p r e s e n t w o r t h v a l u e o f l o s s e s t h e minimum s t a t o r c u r r e n t o c c u r s . T h e t a s k o f PSO c o n t r o l l e r i s t oC 0 e n e r g y c o s t ( L . E / K w H ) , L . E i s t h e E g y p t i a n P o u n d f i n d t h a t v a l u e o f f l u x o r s l i p f r e q u e n c y a t w h i c h t h e m i n i m u mC m o d i f i e d e n e r g y c o s t ( L . E / K w H ) s t a t o r c u r r e n t o c c u r s . A t c e r t a i n l o a d t o r q u e a n d r o t o r s p e e d , t h eT r u n n i n g t i m e p e r y e a r ( H r s / y e a r ) PSO c o n t r o l l e r d e t e r m i n e s t h e s l i p f r e q u e n c y o z , a t w h i c h t h eN e v a l u a t i o n l i f e ( y e a r s ) m i n i m u m s t a t o r c u r r e n t o c c u r .P o u t t h e o u t p u t p o w e r ( K w a t t ) 4 . 3 MAXIMUM POWER FACTOR STRATEGYI n MPFS ( M a x i m u m P o w e r F a c t o r S t r a t e g y ) , t h e s l i p f r e q u e n c y i sa d j u s t e d s o t h a t t h e p o w e r f a c t o r o f t h e i n d u c t i o n motor i s4 . MOTOR DRIVE PERFORMANCE OPTIMIZATION m a x i m i z e d . I n t h i s s t r a t e g y t h e w e i g h t i n g f a c t o r s t a k e t h e f o l l o w i n gI n t h i s w o r k , t h e p r o p o s e d o b j e c t i v e f u n c t i o n i s g i v e n b y ( 2 5 ) a n d v a l u e s : U 1 l 0 , U C 2 = 0 , a n d U C 3 = 1 . A f t e r e x t e n s i v e m a n i p u l a t i o nc a l l e d t h e w e i g h t e d c o s t f u n c t i o n . T h i s f u n c t i o n i s a c o m b i n a t i o n [ 1 2 ] ,b e t w e e n i m p o r t a n t t h r e e t e r m s i n i n d u c t i o n m o t o r d r i v e . T h e f i r s t { K xK2+K (7t e r m i s t h e e f f i c i e n c y , t h e s e c o n d i s t h e i n v e r s e o f t h e s t a t o r c u r r e n t , PF l ( K 1 2 K2{K ) ( 2 7 )a n d t h e t h i r d i s t h e p o w e r f a c t o r . j(K K 3 ) ( 2 +1)W h e r e

2 4 1 0


4/6

K COs x X r r ( 2 8 )0 b X r O R 1 P XK = x K t ' X ( 9 ) EC O - X r r ) AK =r e(X~~xKe ( 3 0 ) 1'

Where: cbi 11r r I r + M X s s X I s + X M ( 3 1 ) Ws ( i U 0 wr f l AW h e r e X" i s t h e s u b t r a n s i e n t r e a c t a n c e . F i g u r e 1 E f f i c i e n c y v e r s u s r o t o r s p e e d a n d s l i p s p e e d a t r a t e d l o a d

x x=X X I ( 3 2 ) t o r q u e .X m+ X IrT h e p o w e r f a c t o r o f t h e s e l e c t e d m a c h i n e v e r s u s t h e r o t o r s p e e da n d t h e s l i p f r e q u e n c y i s s h o w n i n f i g . ( 3 ) .4 . 4 MAXIMUMWEIGHTED COST STRATEGY 2I n MWCS ( M a x i m u m W e i g h t e d C o s t S t r a t e g y ) , t h e w e i g h t i n gf a c t o r s a n d t h e s l i p f r e q u e n c y a r e a d j u s t e d f o r e a c h o p e r a t i n g p o i n t fis o t h a t t h e w e i g h t e d c o s t f u n c t i o n i s m a x i m i z e d . A t c e r t a i n l o a dt o r q u e a n d r o t o r s p e e d , t h e PSO c o n t r o l l e r d e t e r m i n e s t h e w e i g h t i n gf a c t o r s a n d t h e s l i p f r e q u e n c y o s a t w h i c h t h e maximum w e i g h t e dc o s t f u n c t i o n o c c u r . T a b l e ( 1 ) l i s t s t h e o u t p u t o f t h e PSO c o n t r o l l e r Io v e r a w i d e r a n g e o f o p e r a t i n g p o i n t s . T h e r a n g e o f e a c h l o a d WtI p V l WPUt o r q u e a n d r o t o r s p e e d i s 0 . 2 PU t o 1 . 2 PU w i t h a s t e p o f 0 . 2 PU F i g u r e 2 s t a t o r c u r r e n t v e r s u s r o t o r s p e e d a n d s l i p s p e e d a tm a k i n g 3 6 o p e r a t i n g p o i n t s . d i f f e r e n t l e v e l s o f l o a d t o r q u e .5 . PRINCIPLES OF THE NEURAL NETWORKMODELINGS i n c e t h e r e l a t i o n b e t w e e n t h e r o t o r f l u x l e v e l a n d s h a f t s p e e da n d t o r q u e i s a c o m p l e x f u n c t i o n o f m a c h i n e p a r a m e t e r s , a t r a i n e db a c k - p r o p a g a t i o n n e t w o r k i s c o n s i d e r e d m o s t a p p r o p r i a t e f o r t h i sa p p l i c a t i o n . I n t h i s s t u d y , 3 6 s e t s o f i n p u t - o u t p u t a r e s u f f i c i e n t t o _ , 4t r a i n t h e n e t w o r k t o p r e d i c t c o r r e c t l y t h e o p t i m a l v a l u e o f t h e s l i ps p e e d ( e s a n d w e i g h t i n g f a c t o r s . I n t h e i n p u t t r a i n i n g d a t a , t h e s p e e dv a r i e s a s f o l l o w s : 2 0 % , 4 0 % , 6 0 % , 80% a n d 100% 1 2 0 % o f i t s oMr a t e d v a l u e s . C o r r e s p o n d i n g t o e a c h s p e e d , t h e l o a d t o r q u e h a s a l s os i x d i f f e r e n t v a l u e s ( 2 0 % , 4 0 % , 6 0 % , 80% a n d 100% 120% o f i t s W'S 0 - 5r a t e d v a l u e s ) . I n e a c h c a s e e z s i s t u n e d c o n t i n u o u s l y u n t i l t h e i n p u t F i g 3 P o w e r f a c t o r v e r s u s s l i p f r e q u e n c y a n d r o t o r s p e e d .p o w e r t o t h e m o t o r r e a c h e s i t s m i n i m u m . S u b s e q u e n t l y t h ec o m m a n d s p e e d a n d l o a d t o r q u e v a l u e s a r e r e c o r d e d a s a p a i r o fi n p u t s f o r t h e NN a n d t h e f i n a l e o s v a l u e i s t a k e n a s t h ec o r r e s p o n d i n g o u t p u t .

3 - P h a s e s u p p l y3 8 0 V- 5 0 Hz d-Ln

c o n t r o l l e g e n e r I a o 7 i i abT L I I I I 1 1 1 1111N e u r a l ( O * W e lB a s e d o nS O | | t O ) r | R e f e r e n c e C H y s t e r e s i s l l l lll ~ ~ ~ ~ ~ ~ T * e | C u r r e n t ||Current| | l

F i g u r e 4 t h e p r o p o s e d d r i v e s y s t e m u s i n g PSO b a s e d o n t h e l o s s m o d e l c o n t r o l l e r

2 4 1 1


5/6

T a b l e ( 1 ) t r a i n i n g m o d e l f o r MMWCS S 1 = 1 . 0 7 , S 2 = - 0 . 6 9 , S 3 = 0 . 7 7 . F o r c o s t a n a l y s i s , t h e f o l l o w i n g( a ) o r = 0 . 2 PU ( b ) or = 0 . 4 PU ( c ) ( o r = 0 . 6 PU v a l u e s w e r e a s s u m e d : C O = 0 . 0 5 , N = 1 5 , T = 8 0 0 0 .( d ) o r = 0 . 8 PU ( e ) o r = 1 PU ( f ) c o r = 1 . 2 PU T h e b l o c k d i a g r a m o f t h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s b a s e d o n PSO i s( a ) s h o w n i n f i g . 4 . I n t h e p r o p o s e d c o n t r o l l e r , t h e t r a i n e d n e u r a lc o r - 0 . 2 P U , MMWCS n e tw o r k b a s e d o n PSO a l g o r i t h m r e c e i v e s t h e r o t o r s p e e d a n dT ( P U ) a l a 2 a 3 ( o s ( P U ) l o a d t o r q u e . T h e n e u r a l n e t w o r k t he n d et er m i n e s t h e s l i p0 . 2 0 . 4 5 5 6 0 . 4 5 5 6 0 . 0 8 8 8 0 . 0 3 4 3 f r e q u e n c y a t w h i c h t h e o p t i m a l f i t n e s s f un c t i o n o c cu r s a t t h a t0 . 4 0 . 4 6 9 0 0 . 4 6 9 0 0 . 0 6 2 0 0 . 0 3 5 5 r o t o r s p e e d a n d l o a d t o r q u e .0 . 6 0 . 4 9 4 2 0 . 4 9 4 2 0 . 0 1 1 7 0 . 0 3 9 9 F i g u r e s ( 5 ) s h o w s t h e c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e c o n s t a n t v o l t a g e t o0 . 8 0 0 . 5 0 0 0 0 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 . 0 4 4 7 f r e q u e n c y r a t i o s t r a t e g y , t h e f i e l d o r i e n t e d c o n t r o l s t r a t e g y , t h e1 0 . 4 9 7 6 0 . 4 9 7 6 0 . 0 0 4 9 0 . 0 5 0 6 maximum e f f i c i e n c y s t r a t e g y MES, t h e m i n i m u m s t a t o r c u r r e n t1 . 2 0 . 4 9 8 6 0 . 4 9 8 6 0 . 0 0 2 8 0 . 0 5 5 2 s t r a t e g y MSCS, a n d t h e maximum p o w e r f a c t o r s t r a t e g y a t r a t e d( b ) 0.4986 0 . 4 9 8 6. 0 0 2 8 0 . 0 5 5 2 r o t o r s p e e d . I t i s o b v i o u s f r o m f i g . ( 5 - a ) t h a t : T h e s t a t o r c u r r e n t i s( b ) - m i n i m i z e d u s i n g MES a n d M S C S , o n t h e o t h e r h a n d , t h e s t a t o rT _ _ _ _ _ _ _ o r ( U 0 . 4 P U , MNIWCS c u r r e n t e x c e e d s i t s l i m i t u s i n g MPFS i f t h e l o a d t o r q u e i n c r e a s e sT ( P U ) a t a 2 a 3 C o s ( P U ) t o 0 . 5 P U . F i g u r e ( 5 - b ) s h o w a g r e a t i m p r o v e m e n t i n e f f i c i e n c y0 . 2 0 . 4 0 2 4 0 . 4 0 2 4 0 . 1 9 5 3 0 . 0 3 8 6 u s i n g MES a n d MSCS w h e n c o m p a r e d w i t h o t h e r s t r a t e g i e s0 . 4 0 . 4 2 8 0 0 . 4 2 8 0 0 . 1 4 4 0 0 . 0 3 8 5 e s p e c i a l l y a t l i g h t l o a d s . A h i g h PF i s r e a c h e d u s i n g MPFS o v e r0 . 6 0 . 4 6 5 1 0 . 4 6 5 1 0 . 0 6 9 7 0 . 0 4 1 5 a l l r a n g e o f l o a d t o r q u e . A v e r y p o o r P F i s o b t a i n e d u s i n g0 . 8 0 . 4 6 5 1 0 . 4 6 5 1 0 . 0 3 4 7 0 . 0 4 6 1 c o n v e n t i o n a l m e t h o d s ( f i e l d o r i e n t e d c o n t r o l s t r a t e g y a n d1 0 . 4 9 2 7 0 . 4 9 2 7 0 . 0 1 4 7 0 . 0 5 1 0 c o n s t a n t v o l t a g e t o f r e q u e n c y r a t i o ) e s p e c i a l l y a t l i g h t l o a d s . T h i s1 . 2 0 . 4 9 5 2 0 . 4 9 5 2 0 . 0 0 9 6 0 . 0 5 5 7 i s c l e a r t h r o u g h f i g . ( 5 - c ) . On t h e o t h e r h a n d , f i g . ( 5 - d ) s h o w s t h e( c ) p e r c e n t a g e o f o p e r a t i n g c o s t s a v i n g w h e n c o m p a r i n g MES w i t hc o r = 0 . 6 P U , MMNWCS o t h e r s t r a t e g i e s f o r e z , 1 P U . I t i s o b v i o u s f r o m f i g ( 6 - d ) t h a t t h eT ( P U ) a l a 2 a 3 c o s ( P U ) s av i n g h a s a n o t i c e a b l e v a l u e e s p e c i a l l y a t l i g h t l o a d s a n d r a t e d0 . 2 0 . 3 7 1 3 0 . 3 7 1 3 0 . 2 5 7 4 0 . 0 4 2 8 s p e e d t h a t c a n a s h i g h a s 4 5 0 % u s i n g CVFRS. T h i s d i f f e r e n c e0 . 4 0 . 3 8 7 6 0 . 3 8 7 6 0 . 2 2 4 8 0 . 0 4 2 8 d e c r e a s e s t o 6 5% u s i n g MPFS a n d d e c a y t o 1 % u s i n g MSCS. I t i s0 . 6 0 . 4 3 4 5 0 . 4 3 4 5 0 . 1 3 1 0 0 . 0 4 3 5 c l e a r t h a t t h e PWL u s i n g MSCS i s a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e o f t h e0 . 8 0 . 4 6 4 6 0 . 4 6 4 6 0 . 0 7 0 8 0 . 0 4 7 4 PW L u s i n g t h e maximum e f f i c i e n c y s t r a t e g y MES.1 0 . 4 7 6 1 0 . 4 7 6 1 0 . 0 4 7 9 0 . 0 5 2 1 F i g u r e ( 6 ) c o m p a r e s t h e s t a t o r c u r r e n t , t h e e f f i c i e n c y , t h e P F , a n d1 . 2 0 . 4 8 3 3 0 . 4 8 3 3 0 . 0 3 3 3 0 . 0 5 6 7 t h e o p e r a t i n g c o s t s a v i n g o f t h e 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( d ) u n d e r t h e maximum e f f i c i e n c y s t r a t e g y w i t h t h e maximum_ o r0.8PU,MMWCSweighted c o s t s t r a t e g y a t e z , 1 P U . I t i s o b v i o u s f r o m t h i s f i g u r eT _ _ _ cP U P U , MNIWCS t h a t t h e s t a t o r c u r r e n t a n d t h e e f f i c i e n c y i s a l m o s t t h e s a m e f o rT ( P U ) a l a 2 a 3 ( O S ( P U ) b o t h s t r a t e g i e s f o r a l l o p e r a t i n g p o i n t s .0 . 2 0 . 3 4 8 3 0 . 3 4 8 3 0 . 3 0 3 3 0 . 0 4 6 2 I t i s o b v i o u s f r o m t h i s f i g u r e t h a t t h e s a v i n g h a s a n o t i c e a b l e

0 . 4 0 . 3 7 5 8 0 . 3 7 5 8 0 . 2 4 8 3 0 . 0 4 5 2 v a l u e e s p e c i a l l y a t l i g h t l o a d s a n d r a t e d s p e e d t h a t c a n a s h i g h a s0 . 6 0 . 4 0 7 6 0 . 4 0 7 6 0 . 1 8 4 8 0 . 0 4 6 5 1 7 0 0 . I t i s c l e a r t h a t t h e PWL u s i n g t h e maximum w e i g h t e d c o s t0 . 8 0 . 4 3 3 3 0 . 4 3 3 3 0 . 1 3 3 3 0 . 0 4 9 8 s t r a t e g y i s l e s s t h a n t h e PW L u s i n g t h e maximum e f f i c i e n c y1 0 . 4 6 0 8 0 . 4 6 0 8 0 . 0 7 8 3 0 . 0 5 3 5 s t r a t e g y . T h e r e a s o n f o r t h a t d i f f e r e n c e i s d u e t o t h e d i f f e r e n c e i n1 . 2 0 . 4 7 5 8 0 . 4 7 5 8 0 . 0 4 8 3 0 . 0 5 7 5 t h e i r p o w e r f a c t o r v a l u e s . T h e d i f f e r e n c e i n p o w e r f a c t o r v a l u e s i s( e ) s h o w n i n f i g . ( 6 - c ) .|_ _ w o r = 1 P U , MMWCST ( P U ) a l a 2 a 3 Co s ( P U ) Wu= 1 PU0 . 2 0 . 3 4 5 2 0 . 3 4 5 2 0 . 3 0 9 6 0 . 0 4 7 4 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - _.--..0 . 4 0 . 3 7 0 2 0 . 3 7 0 2 0 . 2 5 9 6 0 . 0 4 6 9 __M0 . 6 0 . 4 0 0 2 0 . 4 0 0 2 0 . 1 9 9 6 0 . 0 4 7 90 . 8 0 . 4 2 0 2 0 . 4 2 0 2 0 . 1 5 9 6 0 . 0 5 1 21 0 . 4 4 5 2 0 . 4 4 5 2 0 . 1 0 9 6 0 . 0 5 4 7 -1 . 2 0 . 4 7 0 2 0 . 4 7 0 2 0 . 0 5 9 6 0 . 0 5 8 2 . . . . . .( I ) - w|_____ O c o r 1 . 2 P U , MMWCST ( P U ) a l a 2 a 3 C o s ( P U ) 0 2 0 T 3 0 4 P5 } 0T~~~~~~~~~~-0 . 2 0 . 3 2 7 7 0 . 3 2 7 7 0 . 3 4 4 6 0 . 0 5 0 5 ( a )0 . 4 0 . 3 5 5 2 0 . 3 5 5 2 0 . 2 8 9 6 0 . 0 4 9 4 Wr I PU0 . 6 0 . 3 8 5 2 0 . 3 8 5 2 0 . 2 2 9 6 0 . 0 5 0 10 v 4 1 0 2 0 v 4 1 0 2 0 v 1 7 9 6 . . . . 0 . 0 5 2 7 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ . 7 . . . . . . . . . ............. ........0 . 8 0 . 4 1 0 2 0 . 4 1 0 2 0 . 1 7 9 6 0 . 0 5 2 71 0 . 4 3 0 2 0 . 4 3 0 2 0 . 1 3 9 6 0 . 0 5 6 0 1 . 2 0 . 4 5 5 2 0 . 4 5 5 2 0 . 0 8 9 6 1 - 0 . 0 5 9 56 . SIMUL ATIONRESULTS - . ; W -T h e s i m u l a t i o n i s c a r r i e d o u t o n a t h r e e - p h a s e , 3 8 0 V , 1 -H P , 5 0 0 . E i - - f - - - - - - - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - . - - - - - - - ' - PS1H z , a n d 4 - p o l e , s q u i r r e l c a g e i n d u c t i o n m o t o r . T h e m o t o r rparameters a r e R S = 0 . 0 5 9 8 , X 1 S = 0 . 0 3 6 4 , Xm=0.8564, X i r = 0 . 0 5 4 6 , -5 ' . 4 ' . 'lR r = 0 . 0 4 0 3 , K e = 0 . 0 3 8 0 , K h = O . O 3 8 O , C s t r = 0 . 0 1 5 0 , C f W - O . O O 9 3 , T 4 P U ) ( b )

241 2


6/6

------1 -- a d a p t i v e l y a d j u s t s t h e s l i p f r e q u e n c y s u c h t h a t t h e d r i v e s y s t e m i so p e r a t e d a h iiu osadmnmmoeaigcs.I___------___waso u n d t h a t t h e o p t i m a l s y s t e m s l i p c h a n g e s w i t h v a r i a t i o n s i ns p e e d a n d l o a d t o r q u e . When c o m p a r i n g t h e p r o p o s e d s t r a t e g y_ _ __-- F; withtheconventionalmethodsieldorientedcontrolstrategyand

-------- c o n s t a n t v o l t a g e t o f r e q u e n c y r a t i o ) , I t was f o u n d t h a t a----------------------- _ - - - - - - - _--------------_------ s i g n i f i c a n t e f f i c i e n c y i m p r o v e m e n t i s o b t a i n e d a t l i g h t l o a d s f o ra l l s p e e d s . On t h e o t h e r h a n d , s m a l l e f f i c i e n c y i m p r o v e m e n t i s( c ) a c h i e v e d a t n e a r r a t e d l o a d s . F i n a l l y , w h e n c o m p a r i n g t h eMWCS w i t h M E S , i t was f o u n d t h a t , t h e s a v i n g i n PWL u s i n g t h e---------- AAit VC> ---MWCS i s g r e a t e r t h a n t h a t o f t h e M E S , e s p e c i a l l y a t l i g h t l o a d sa n d r a t e d s p e e d .- - - - - - 8 . - - - - - [ 1 ] O j o , 0 . ; D o n g , G . ; " E f f i c i e n c y o p t i m i z i n g c o n t r o l o f

c3c)-------- ------------- ----------------- - i n d u c t i o n - - - - - m o t o r - - - - u s i n g - - - n a t u r a l c i o n v a r i a b l e s " n t u r l p p l i e d " A p p P o w e r w eE l e c t r o n i c s C o n f e r e n c e a n d E x p o s i t i o n , 2 0 0 4 . APEC ' 0 4 .r (1-") ~ ~ ~ ~ ~ ~ N i n e t e e n t h A n m u a l IEEE V o l u m e 3 , 2 0 0 4 P a g e ( s ) : 1 6 2 2 -( d ) 1 6 2 7 V o l . 3F i g u r e 5 t h e c o m p a r i s o n b e t w e e n C V F R S , F O G S , M E S , M S C S , [ 2 ] A b d i n , E . S . ; G h o n e e m , G . A . ; D i a b , H . M . M . ; D e r a z , S . A . ;a n d MPFS o f t h e i n d u c t i o n m o t o r a t r a t e d r o t o r s p e e d . a - S t a t o r " E f f i c i e n c y o p t i m i z a t i o n o f a v e c t o r c o n t r o l l e d i n d u c t i o nc u r r e n t b - E f f i c i e n c y c - p o w e r f a c t o r d - o p e r a t i n g c o s t s a v i n g m o t o r d r i v e u s i n g a n a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k " I n d u s t r i a l____________________________________Electronics S o c i e t y , 2 0 0 3 . IECON ' 0 3 . T h e 2 9 t h A n n u a l1_-4 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ C o n f e r e n c e o f t h e IEEE, V o l u m e 3 , 2 - 6 N o v . 2 0 0 3P a g e ( s ) : 2 5 4 3 - 2 5 4 8 V o l . 3------[3] P o i r i e r , E . ; G h r i b i , M . ; K a d d o u r i , A . ; " L o s s e s mi n i m i z a t i o n- - - - - - 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 b a s e d on g e n e t i ca l g o r i t h m s " E l e c t r i c M a c h i n e s a n d D r i v e s C o n f e r e n c e , 2 0 0 1 ._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ - - - - - - - I E M D C - - - 2 0 0 1 . - - - - I E E E - I n t e r n a t i o n a l 0 0 1 I E E 2 0 0 1 r n P a g e ( s ) 0 14 7 5 ( s ) 4 7 5 4 7 8 7r (F.") ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ [ 4 ] b r a h a m s e n , F . ; B l a a b j e r g , F . ; P e d e r s e n , J . K . ; T h o e g e r s e n ,( a ) P . B . ; " E f f i c i e n c y - o p t i m i z e d c o n t r o l o f m e d i u m - s i z e i n d u c t i o n

0.-7.5 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ m o t o rr i v e s " I n d u s t r y A p p l i c a t i o n s , IEEE T r a n s a c t i o n s o n ,V o l u m e : 3 7 , I s s u e : 6 , N o v . - D e c . 2 0 0 1 P a g e s : 1 7 6 1 - 1 7 6 70 o 7 1 1 1 1 1 1 1 - 1 [ 5 ] Z h a o , B . ; G u o , C . X . ; G a o , Y . J . ; " A m u l t i a g e n t - b a s e d p a r t i c l e_Y~~----- - - - - - - - - - - - - s w a r m - - - - o p t i m i z a t i o n - - - - - a p p r o a c h - - - - - f o r i m o p t i m a l p r a c h r e a c t i v e lac p o w e r w eo i I ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ d i s p a t c h "o w e r S y s t e m s , IEEE T r a n s a c t i o n s on V o l u m e 2 0 ,

-e!9 ~ ~ _____[6 I s s u e 2 , M a y 2 0 0 5 P a g e ( s ) : 1 0 7 0 - 1 0 7 8- - - - - - - - - - - - - - - - K i o s k e r i d i s , - - - - - - - I ; - - M a r g a r i s , - - - - - N . ; K i o " L o s s e s 1 ; M m i n i m i z a t i o n s e si i n a tc a i l a r - a r7 ( F " ) 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 w i t h s e a r c h c o n t r o l l e r s "( b ) P o w e r E l e c t r o n i c s , IEEE T r a n s a c t i o n s o n , V o l u m e : 1 1 , I s s u e :Pli i ilst-t, Cp,, FVIE-=32,a r c h 1 9 9 6 P a g e s : 2 1 3 -220

-0--73 i V , ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ _ i . [ ] u i a x i ; h a n C e n g u i ; Z h o F M ; I O p t m a l e f i c i n c- - - - - - - - - c o n t r o l o f f i e l d - o r i e n t e d i n d u c t i o n m o t o r d r i v e a n d r o t o r- - - - - - - - - r e s i s t a n c e a d a p t i v e i d e n t i f y i n g " P o w e r E l e c t r o n i c s a n dM o t i o n C o n t r o l C o n f e r e n c e , 2 0 0 4 . IPEMC 2 0 0 4 . T h e 4 t h-r (F- LJ) ~ ~ ~ ~ ~ [ 8 ] V u k o s a v i c , S . N . ; L e v i , E . ; " A m e t h o d f o r t r a n s i e n t t o r q u e( c ) r e s p o n s e i m p r o v e m e n t i n o p t i m u m e f f i c i e n c y i n d u c t i o n_ _ _ _ -. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ m o t o rr i v e s " E n e r g y C o n v e r s i o n , I E E E T r a n s a c t i o n so n , V o l u m e : 1 8 , I s s u e : 4 , D e c . 2 0 0 3 P a g e s : 4 8 4 - 4 9 3----------_-drives" I n d u s t r y A p p l i c a t i o n s , IEEE T r a n s a c t i o n sE=~~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ o , V o l u m e : 3 9 , I s s u e : 4 , J u l y - A g 03Pgs 0017[ 1 0 ] V u k o s a v i c , S . N . ; L e v i , E . ; " R o b u s t D S P - b a s e d e f f i c i e n c y0. 2 . 3 0 . 4 0 . 7 F.U o p t i m i z a t i o n o f a v a r i a b l e s p e e d i n d u c t i o n m o t o r d r i v e ' '( d ) I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s , I E E E T r a n s a c t i o n s o n , V o l u m e :F i g u r e 6 t h e c o m p a r i s o n b e t w e e n MES a n d MWCS o f t h e 5 0 , I s s u e : 3 , J u n e 2 0 0 3 P a g e s : 5 6 0 - W Oi n d u c t i o n m o t o r a t r a t e d r o t o r s p e e d . a - S t a t o r c u r r e n t b - [ 1 1 ] M . K o u k i , a n d a l l . " H i g h - R e s p o n s e F l u x C o n t r o l o f D i r e c t -E f f i c i e n c y c - p o w e r f a c t o r d - o p e r a t i n g c o s t s a v i n g F i e l d - O r i e n t e d I n d u c t i o n M o t o r w i t h H i g h E f f i c i e n c y T a k i n g7 . CONCLUSONSCor Lose i t o A c o u t " I E E E Trns n nu sr

optimal operation of im using artificial neural network based on particle swarm optimization (pso)

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