طراحی کنترل کننده PID مرتبه کسری بهینه برای کنترل سرعت موتور DC با در نظر گرفتن دینامیک درایو و چاپر با رویکرد چند هدفه با الگوریتم بهینه سازی چرخه آب

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسنده

استادیار، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، دانشکده فنی و مهندسی

10.22044/jsfm.2020.9269.3092

چکیده

چون موتورها دارای ساختاری ساده و طول عمر زیاد هستند کنترل دقیق سرعت آنها برای افزایش عملکرد و کاربرد‌های صنعتی بسیار مهم است. در این مقاله به کنترل سرعت موتور DC با در نظر گرفتن دینامیک درایو و چاپر با کنترل کننده PID مرتبه کسری پرداخته می‌شود. یک از نوآوری‌های این مقاله در نظر گرفتن دینامیک چاپر است. در نظر گرفتن دینامیک چاپر از یک سو باعث پیچیده شدن دینامیک سیستم و از سویی دیگر از نقطه نظر عملی باعث کاهش ریپل جریان آرمیچر می‌شود. این مهم باعث بهبود پاسخ گذرا و در نتیجه تنظیم بهتر سرعت می‌شود. علاوه بر این به عنوان یک نوآوری سعی می‌شود تا با استفاده از روش جدید بهینه‌سازی چرخه آب با رویکردی چند هدفه ضرایب کنترل کننده PID مرتبه کسری بگونه‌ای تنظیم شود که عملکرد کنترلی خوبی حاصل شود. مقایسه نتایج با الگوریتم بهینه‌سازی زنبور عسل و پرندگان نشان می‌دهد که کنترل کننده PID مرتبه کسری بهینه شده با الگوریتم بهینه سازی چرخه آب از نقطه نظر زمان صعود، فراجهش و خطای حالت ماندگار عملکرد بهتری دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] Bakshi UA, Bakshi MV (2009) Electrical drives and control. Technical Publications.

[2] Rajasekhar A, Jatoth RK, Abraham A (2014) Design of intelligent PID/PI λ D μ speed controller for chopper fed DC motor drive using opposition based artificial bee colony algorithm. Eng Appl Artif Intell29(2): 13-32.

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

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

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

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

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

[8] Mellouli E, Sefriti S, Boumhidi I (2011) Direct adaptive fuzzy control for an uncertain three-tank-system. Int J Res Rev ARTIF INTELL 1(4).

[9] Axtell M, Bise ME (1990) Fractional calculus application in control systems. in 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] Hemati N, Thorp JS, Leu MC (1990) Robust nonlinear control of brushless DC motors for direct-drive robotic applications. IEEE Trans Ind Electron 37(6): 460-468.

[12] PeŁczewski PM, Kunz UH (1990) The optimal control of a constrained drive system with brushless dc motor. IEEE Trans Ind Electron 37(5): 342-348.

[13] Eskandar H, Sadollah A, Bahreininejad A, Hamdi M (2012) Water cycle algorithm–A novel metaheuristic optimization method for solving constrained engineering optimization problems. Comput Struct 110: 151-166.

[14] Khodabakhshian A, Esmaili MR, Bornapour M (2016) Optimal coordinated design of UPFC and PSS for improving power system performance by using multi-objective water cycle algorithm. Int J Elec Power 83: 124-133.

[15] Sarvi M, Avanaki IN (2015) An optimized fuzzy logic controller by water cycle algorithm for power management of stand-alone hybrid green power generation. Energ Convers Manage 106: 118-126.

[16] Anastassiou GA (2011) Advances on fractional inequalities. Springer Science & Business Media.

[17] Cao JY, Cao BG (2006) Design of fractional order controllers based on particle swarm optimization. in Industrial Electronics and Applications, 2006 1ST IEEE Conference on.

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

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

[20] Zeng GQ, Chen J, Dai YX, Li LM, Zheng CW, Chen MR (2015) Design of fractional order PID controller for automatic regulator voltage system based on multi-objective extremal optimization. Neurocomputing 160: 173-184.

[21] Shah P, Agashe S (2016) Review of fractional PID controller. Mechatronics 38: 29-41.

[22] Xue D, Chen Y (2002) A comparative introduction of four fractional order controllers. in Intelligent Control and Automation, 2002. Proceedings of the 4th World Congress on.

[23] Binitha S, Sathya SS (2012) A survey of bio inspired optimization algorithms. Int J Soft Comput Eng 2(2): 137-151.

[24] Haji Haji V, Monje CA (2018) Fractional-order PID control of a chopper-fed DC motor drive using a novel firefly algorithm with dynamic control mechanism. Soft Comput 22(18): 6135-6146.

[25] Rajasekhar A, Das S, Abraham A (2013)  Fractional order PID controller design for speed control of chopper fed DC motor drive using artificial bee colony algorithm. in Nature and Biologically Inspired Computing (NaBIC), 2013 World Congress on.