بهبود کنترل‌کنندة PI چندمتغیرة بهرة بالا برای یک سیستم نامنظم به‎کمک الگوریتم ژنتیک

الموضوعات :

سیدعابد حسینی ¹ (دانشگاه فردوسی مشهد)
محمدباقر نقیبی سیستانی ² (دانشگاه فردوسی مشهد)

تاريخ الإرسال : 23 السبت , شعبان, 1435 تاريخ التأكيد : 16 الأحد , جمادى الثانية, 1436 تاريخ الإصدار : 02 الثلاثاء , رجب, 1436

الکلمات المفتاحية: الگوریتم ژنتیک, کنترل کننده خطی, پارامتر مارکوف,

ملخص المقالة :

این مقاله یک ساختار بهینة برای کنترل‌کنندة PI چندمتغیرة بهرة بالا برای یک سیستم نامنظم به کمک الگوریتم ژنتیک ارایه می‎دهد. کنترل‎کننده‎های PI بهرة بالا منجر به تجزیة مجانبی به مودهای سریع و کُند در سیستمی حلقه بسته با ویژگی منحصر به فرد می‎شوند. مودهای کُند سیستم، به‎طور مجانبی کنترل‎ناپذیر و رؤیت‎ناپذیر می‎شوند و بنابراین در رفتار ورودی و خروجی نقشی ندارند. از این رو پاسخ حلقه بسته تنها از قطب‎های سریع متأثر بوده و بنابراین پاسخ‎دهی سیستم سریع خواهد بود. طراحی این کنترل‌کننده به اولین پارامتر مارکوف سیستم چندمتغیره، یعنی ماتریس CB بستگی دارد؛ در صورتی‎که ماتریس CB رتبة کامل نباشد، از ماتریس اندازه‌گیری M با فیدبک داخلی استفاده می‌شود. در این ساختار، ماتریس اندازه‌گیری به‎کمک الگوریتم ژنتیک طوری انتخاب می‌شود تا سیستم حلقه بسته پایدار و تداخل بین خروجی‌ها حداقل شود. این تحقیق بر روی دو نمونه سیستم پیاده‌سازی شده است. از مقایسه نتایج مشاهده می‌شود، پاسخ زمانی کنترل‎کنندة PI بهرة بالا به‎کمک الگوریتم ژنتیک بهتر از نتایج مقایسه با روش‎های دیگر است.

المصادر:

[1]  Q.G. Wang, C. Ye, W.J. Cai, C.C. Hang, "PID control for multivariable processes", Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008.

[2]  H. Zhang, B. Liu, "Fuzzy modeling and fuzzy control", New York: Springer-Verlag, 2006.

[3]  P. Acarnley, Y. AI-Sadiq, "Tuning PI speed controllers for electric drives using simulated annealing", Proceedings of the IEEE/ISIE, Vol. 4, pp. 1131–1135, 2002.

[4]  R.A. Krohling, J.P. Rey, "Design of optimal disturbance rejection PID controllers using genetic", IEEE Trans. on Evolutionary Computation, Vol. 5, pp. 78-82, Feb. 2001.

[5]  A. Visioli, "Tuning of PID controllers with fuzzy logic", Proceedings Control Theory and Applications, Vol. 148, pp. 1-8, Jan. 2001.

[6]  A.G.J. MacFarlanne, "Frequency response methods in control systems", New York, IEEE Press, 1979.

[7]  D.Q. Mayne, "Sequential design of linear multivariable systems", Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, Vol. 126, No. 6, pp. 568-572, June 1979.

[8]  P.L. Falb, W.A. Wolovich, "On the decoupling of multivariable systems", Proc. JACC, Philadelphia, Pennsylvania, pp. 791-796, 1967.

[9]  H.H. Rosenbrock, "Computer-aided control system design", New York: Academic Press, 1974.

[10]       Z. Bingul, "A new PID tuning technique using differential evolution for unstable and integrating processes with time delay", Springer-Verlag Berlin Heidelberg, LNCS, Vol. 3316, pp. 254–260, 2004.

[11]       R.A. Krohling, J.P. Rey, "Design of optimal disturbance rejection PID controllers using genetic algorithm", IEEE Trans. on Evolutionary Computation, Vol. 5, pp.78–82, Feb 2001.

[12]       Y. Mitsukura, T. Yamamoto, M. Kaneda, "A design of self-tuning PID controllers using a genetic algorithm", Proceedings of the American Control Conference, San Diego, CA, pp. 1361–1365, June 1999.

[13]       A. Khaki-sedigh, "Analysis and design of multivariable control systems", KNTU Publication, 2012 (in Persian).

[14]       C.C. Yu, W.L. Luyben, "Design of multi loop SISO controllers in multivariable processes", Industrial Eng. Chem. Fundam, Vol. 25, pp. 344-350, 1986.

[15]       Z.J. Palmor, Y. Halevi, N. Krasney, "Automatic tuning of decentralized PID controllers for TITO processes", Vol. 31, No. 7, pp. 1001-1010, July 1995.

[16]       A.P. Loh, C.C. Hang, C.K. Quek, V.U. Vasnani, "Auto-tuning of multi-loop proportional-integral controllers using relay feedback", Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 32, pp. 1102–1107, 1993.

[17]       Y.R. Huang, Y.M.Tian, L.G. Qu, "Design of model driven cascade PID controller using quantum neural network", Advanced Materials Research, Vol. 108-111, pp. 1486-1491, May 2010.

[18]       K.J. Astrom, T. Hagglund, "Revisiting the Ziegler-Nichols step response method for PID control", Journal of Process Control, Vol. 14, No. 6, pp. 635-650, Aug. 2004.

[19]       J.G. Ziegler, N.B. Nichols, "Optimum settings for automatic controllers", Trans. of the ASME, Vol. 64 pp. 759–768., Nov 1942.

[20]       K.L. Chien, J.A. Hrones, J.B. Reswick, "On the automatic control of generalized passive systems", Trans. of ASME, Vol. 74, pp. 175-185, 1952.

[21]    T. Kitamori, "A Method of control system design based upon partial knowledge about controlled processes", Trans. SICE Japan, Vol. 15, No. 4, pp. 549-555, 1979.

[22]    W.J. Locken, "Digital multivariable tracker control laws for the KC-135A", Master's thesis, December 1983.

[23]    D.B. Ridegly, S.S. Banda, J.J. D'Azzo, "Decoupling of high-gain multivariable tracking systems", Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 8, No. 1, pp. 44-49, Feb 1985.

[24]    D.J.F. Hopper, "Active control of V/Stol aircraf", PhD Thesis, Department of Aeronautical and Mechanical Engineering, The University of Salford, April 1990.

[25]    J.J.D’Azzo, C.H. Houpis, "Linear control system analysis and design conventional and modern", Edition, New York: McGraw-Hill, 1995.

[26]    R.L. Haupt, S.E. Haupt, "Practical genetic algorithms", Edition, John Wiley and Sons, Inc, pp. 189-190, 2004.

[27]    G. Tao, S. Chen, X. Tang, S.M. Joshi, "Adaptive control of systems with actuator failures", Springer-Verlag, London, 2004.

[28] J. Guo, Y. Liu, G. Tao, "Multivariable MRAC with state feedback for output tracking", Proceedings of the Conference on American Control, pp. 592-597, St. Louis, MO, USA, June 2009.