Metaheuristic algorithms can work well in solving or optimizing problems, especially those that require approximation or do not have a good analytical solution. Particle swarm optimization (PSO) is one of these algorithms. The response quality of these algorithms depends on the objective function and its regulated parameters. The nonlinear nature of the pressurized light-water nuclear reactor (PWR) dynamics is a significant target for PSO. The two-point kinetics model of this type of reactor is used because of fission products properties. The proportional-integral-derivative (PID) controller is intended to control the power level of the PWR at a short-time transient. The absolute error (IAE), integral of square error (ISE), integral of time-absolute error (ITAE), and integral of time-square error (ITSE) objective functions have been used as performance indexes to tune the PID gains with PSO. The optimization results with each of them are evaluated with the number of function evaluations (NFE). All performance indexes achieve good results with differences in the rate of over/under-shoot or convergence rate of the cost function, in the desired time domain.
본 논문은 성능 향상을 위하여 IMC 제어 구조를 갖는 PID 제어기 설계를 제안했다. 내부 모델은 최종값 정리와 유전자 알고리즘을 이용하여 2차의 지연시간을 갖는 모델로 동정 하였다. 그리고 제어기 파라미터 값은 성능지수 (IAE, ITAE)값이 최소가 되도록 내부 모델과 수치적 계산에 의해서 자동 동조된다. 시뮬레이션을 통하여 다양한 공정에 대하여 본 논문에서 새롭게 제안된 방법이 기존의 방법보다 우수함을 확인 할 수 있었다.
In a two-inertia motor system with flexible shaft, a torsional vibration is often generated as a quick speed response is required. This vibration makes it difficult to achieve a quick response of speed and disturbance rejection. The objective of this paper is to provide a systematic analysis and design of the three kinds of speed controllers such as I-P, I-PD, and state feedback control by using the weighted ITAE performance index. Some simulation and experiment results verify the effectiveness of the proposed design.
In this paper, an application of a decentralized $H_{\infty}$ controller(DHC) to multiple controlled-permanent magnet(CMAG) magnetic levitation(Maglev) systems is presented. The designed DHC using two Riccati equations iteratively has simpler structure and needs less computational loads than conventional centralized $H_{\infty}$ controller. A target plant is a hybrid-type CMAG system with permanent magnet and coil, and its mathematical model is firstly derived to design the DHC. To implement the designed algorithm, a real Maglev vehicle system including digital controller, chopper, sensor, etc., is manufactured. To compare the performances of the DHC method with an observer-based state feedback control(OSFC), the input tracking and disturbance rejection characteristics are experimentally tested. As performance indices(PI), integral of squared error(ISE), integral of absolute error(IAE), integral of time multiplied by absolute error(ITAE) and integral of time multiplied by squared error(ITSE) are used. From the experimental results, it can be seen that the input tracking and disturbance rejection performances of the DHC are better than those of the conventional controller.
An optimized PI controller design method is presented to promote the control performance of an oil cooler system for high precision machine tools. First, a transfer function model of the oil cooler system with a variable rotating speed compressor was obtained by the perturbation method as the first order system with a negligible dead time. Then, the closed-loop control system was described as the second order system with a zero. Its dynamic behaviors are mostly governed by characteristic parameters, the damping ratio, and the natural frequency which is incorporated in PI gains. Next, an optimum integral of the time-weighted absolute error (ITAE) criterion was applied to the second order system. The characteristic parameters can be determined by the given design specifications, percent overshoots and settling times and comparisons with the ITAE criterion. Hence, the PI gains were plainly identified in a deterministic way. Finally, the PI gains were fine-tuned to obtain desirable dynamics in real systems, considering the zero effect and parameter variations. The validity of the proposed method was proven by computer simulations and real experiments for selected cases.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제4권4호
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pp.438-447
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2006
Fuzzy controller's design depends mainly on the rule base and membership functions over the controller's input and output ranges. This paper presents two different approaches to deal with these design issues. A simple and efficient approach; namely, Fuzzy Subtractive Clustering is used to identify the rule base needed to realize Fuzzy PI and PD type controllers. This technique provides a mechanism to obtain the reduced rule set covering the whole input/output space as well as membership functions for each input variable. But it is found that some membership functions projected from different clusters have high degree of similarity. The number of membership functions of each input variable is then reduced using a similarity measure. In this paper, the fuzzy subtractive clustering approach is shown to reduce 49 rules to 8 rules and number of membership functions to 4 and 6 for input variables (error and change in error) maintaining almost the same level of performance. Simulation on a wide range of linear and nonlinear processes is carried out and results are compared with fuzzy PI and PD type controllers without clustering in terms of several performance measures such as peak overshoot, settling time, rise time, integral absolute error (IAE) and integral-of-time multiplied absolute error (ITAE) and in each case the proposed schemes shows an identical performance.
A nonlinear dynamic optimization has been performed for reactor power control system of CANDU 6 nuclear power plant considering xenon, fuel and moderator temperature feedback effects. Integral-of-Time-multiplied Absolute-Error (ITAE) criterion has been used as a performance index of the system behavior. Optimum controller gain are found by searching algorithm of Sequential Quadratic Programming (SQP). System models are referenced from most recent literatures. Signal flow network construction and optimization have been done by using commercial computer software package.
An adaptive controller which is robust to the unknown load disturbance is developed for electro-hydraulic speed control systems. Since the load disturbance degrades the performance of the controller such as a steady state error and rise time in the conventional control system, appropriate adjustment of the controller is necessary in order to obtain the desired performances. The adaptation mechanism was designed to tune the feedforward gain, based upon minimization of ITAE (integral of time-multiplied absolute error) performance. The unknown load distrubance was identified by using an analog computer from the relationship between the velocity of the hydraulic motor and the load pressure. To evaluate the performance of the controller a series of simulations and experiments were conducted for various load conditions. Both results show that the proposed adaptive controller shows abetter performance than the conventional controller in terms of the steady state error and rise time.
본 논문은 릴레이 피드백을 이용한 주파수 영역에서 내부 및 외부 모델을 동정하고 이 모델을 바탕으로 IMC-Cascade 제어기 파라미터 자동 동조 알고리즘을 제안하였다. 모델 동종 방법은 정상상태와 과도상태를 고려하여 1차의 지연모델로 동정 하였으며, 내부 제어기 및 외부 제어기의 제어 파라미터는 동정된 모델을 활용하여 성능지수 ITAE값이 최소로 되도록 자동동조 하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 방법이 기존의 방법보다 우수함을 확인할 수 있었다.
In the two-mass servo system driving a load through a flexible shaft, a shaft torsional vibration is often generated. PI controller has been generally used is speed control of such system because of the simplicity of structure and related theory. This paper presents the inertia ratio of the PI servo control system which can be designed by using optimal pole assignment method is fixed. Therefore, it's difficult to obtain the desired control characteristics for different systems only by PI control algorithm. To solve this problems the two-mass speed control system with PID controller is designed by using pole assignment method and an optimum PID parameters are derived by evaluating ITAE(Integral of time multiplied by the absolute error) performance index. But this design method has some problems due to a trade-off between the fast command following property and the attenuation of disturbances and vibrations. In this paper, 2-DOF PID control method which satisfies the command following property, the reduction of overshoot and the property of disturbance rejection at the same time is proposed. This is a practical speed controller using the desired value filter and the feedforward gain. From several simulations, it's clarified that the proposed 2-DOF PID controller is useful for the two-mass system, in comparison with the conventional PID controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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