طراحی کنترل کننده PID مرتبه کسری بهینه برای کنترل تنظیم کننده ولتاژ خودکار به‌منظور تنظیم ولتاژ خروجی ژنراتور سنکرون با الگوریتم بهینه سازی فاخته

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی برق، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران

10.22044/jsfm.2020.7595.2736

چکیده

یکی از روش های کنترلی ساده و متداول برای استفاده در تنظیم کننده های ولتاژ خودکار کنترل کننده PID می‌باشد. از طرفی اخیراً حسابان کسری به عنوان ابزاری قوی در مدلسازی و کنترل سیستم‌های دینامیکی در مهندسی کنترل مطرح شده است که توانایها و کاربرد‌های این نظریه در متون علمی در حال بررسی می‌باشد. در زمینه کنترل سیستم‌های دینامیکی نیز کنترل مرتبه کسری با داشتن یک ساختار ساده می‌تواند کارایی و قابلیت های کنترلی سیستم را بهبود ببخشد. در این مقاله با رویکردی چند هدفه به طراحی کنترل کننده PID مرتبه کسری بهینه برای کنترل تنظیم کننده ولتاژ خودکار بمنظور تنظیم ولتاژ خروجی ژنراتور سنکرون با الگوریتم بهینه سازی فاخته پرداخته می‌شود. تابع هزینه پیشنهادی مشتمل بر زمان صعود، زمان نشست، خطای حالت ماندگار و فراجهش است. نتایج مقایسه ای نشان می‌دهد کنترل کننده PID مرتبه کسری در مقایسه با کنترل کننده PID کلاسیک دارای مقاومت بیشتر در مقابل تغییرات پارامترهای سیستم و اغتشاش می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Das S (2008) Functional fractional calculus for system identification and controls. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg.

[2] Da‌‌s S (2011) Functional fractional calculus. Springer  Science & Busines‌s Media.

[3]‌ Podlubny I (1999) Fractional-order systems and PI/sup/spl lambda//D/sup/spl mu//-controllers. IEEE T Automat Contr 44(1): 208-214.

[4] Tavazoei MS, Haeri M (2008) Chaos control via a simple fractional-order controller. Phys Lett A 372 (6): 798-807.

[5] Maione G, Lino P (2007) New tuning rules for fractional PIα controllers. Nonlinear Dynam 49(1-2): 251-257.

[6] Lazarević MP, Batalov SA, Latinović TS (2013) Fractional PID Controller Tuned by Genetic Algorithms for a Three DOF's Robot System Driven by DC motors. IFAC Proceedings Volumes 46(1): 385-390.

[7] Yumuk E, Güzelkaya M, Eksin İ (2019) Analytical fractional PID controller design based on Bode’s ideal transfer function plus time delay. ISA T 91: 196-206.

[8] Mellouli E, Sefriti S, Boumhidi I (2011) Direct adaptive fuzzy control for an uncertain three-tank-system. International Journal of Research and Reviews in Artificial intelligence 1(4).

[9] Axtell M, Bise ME (1990) Fractional calculus application in control systems. Paper presented at the Aerospace and Electronics Conference, 1990. NAECON 1990, Proceedings of the IEEE 1990 National.

[10] Zamani M, Karimi-Ghartemani M, Sadati N, Parniani M (2009) Design of a fractional order PID controller for an AVR using particle swarm optimization. Control Eng Pract 17(12): 1380-1387.

[11] Ramezanian H, Balochian S, Zare A (2013) Design of optimal fractional-order PID controllers using particle swarm optimization algorithm for automatic voltage regulator (AVR) system. Journal of Control, Automation and Electrical Systems 24(5): 601-611.

[12] Tang Y, Cui M, Hua C, Li L, Yang Y (2012)       Optimum design of fractional order PIλDμ controller for AVR system using chaotic ant swarm. Expert Syst Appl 39(8): 6887-6896.

[13] Gozde H, Taplamacioglu MC (2011) Comparative       performance analysis of artificial bee colony algorithm for automatic voltage regulator (AVR) system. J Franklin I 348(8): 1927-1946.

[14] Pan I, Das S (2012) Chaotic multi-objective  optimization based design of fractional order PIλDμ controller in AVR system. Int J Elec Power 43(1): 393-407.

[15]  Pan I, Das S (2013) Frequency domain design of fractional order PID controller for AVR system using chaotic multi-objective optimization. Int J Elec Power 51: 106-118.

[16]  Chatterjee S, Mukherjee V (2016) PID controller for automatic voltage regulator using teaching–learning based optimization technique. Int J Elec Power 77(1): 418-429.

[17]  Zeng G-Q, Chen J, Dai Y-X, Li L-M, Zheng C-W, Chen M-R (2015) Design of fractional order PID controller for automatic regulator voltage system based on multi-objective extremal optimization. Neurocomputing 160: 173-184.

[18] Rajabioun R (2011) Cuckoo optimization  algorithm. Appl Soft Comput 11(8): 5508-5518.

[19] Cao J-Y, Cao B-G Design of fractional order controllers based on particle swarm optimization. In: Industrial Electronics and Applications, 2006 1ST IEEE Conference on, 2006. IEEE, pp 1-6.

[20]  Zhao C, Xue D, Chen Y (2005) A fractional order   PID tuning algorithm for a class of fractional order plants. Paper presented at the IEEE International Conference Mechatronics and Automation, 2005.

[21]  Milos S, Martin C (2006) The fractional order PID controller outperforms the classical one. Paper  presented at the Proc. 7th Int. Sci. & Tech. Conf.-Process Control.

[22] Padula F, Visioli A (2011) Tuning rules for optimal   PID and fractional-order PID controllers. J Process Contr 21(1): 69-81.

[23] Yang X-S, Deb S (2009) Cuckoo search via Lévy flights. Paper presented at the World Congress on Nature & Biologically Inspired Computing.

[24] Biswas A, Das S, Abraham A, Dasgupta S (2009) Design of fractional-order PI λ D μ controllers with an improved differential evolution. Eng Appl Artif Intel 22(2): 343-350.

[25] Keljik J (2013) Electricity 3: Power generation and      delivery. Nelson Education.

[26] Gaing Z-L (2004) A particle swarm optimization approach for optimum design of PID controller in AVR system. IEEE T Energy Conver 19(2): 384-391.

[27] Pradhan R, Pradhan S, Pati BB (2019) Design and Performance Evaluation of Fractional Order PID Controller for Heat Flow System Using Particle Swarm Optimization. In: Computational Intelligence in Data Mining. Springer, pp 261-271.