Metaheuristic optimization approach has become the new framework for control synthesis. The main purposes of the control design are command (input) tracking and load (disturbance) regulating. This article proposes an optimal proportional-integral-derivative (PID) controller design for the DC motor speed control system with tracking and regulating constrained optimization by using the cuckoo search (CS), one of the most efficient population-based metaheuristic optimization techniques. The sum-squared error between the referent input and the controlled output is set as the objective function to be minimized. The rise time, the maximum overshoot, settling time and steady-state error are set as inequality constraints for tracking purpose, while the regulating time and the maximum overshoot of load regulation are set as inequality constraints for regulating purpose. Results obtained by the CS will be compared with those obtained by the conventional design method named Ziegler-Nichols (Z-N) tuning rules. From simulation results, it was found that the Z-N provides an impractical PID controller with very high gains, whereas the CS gives an optimal PID controller for DC motor speed control system satisfying the preset tracking and regulating constraints. In addition, the simulation results are confirmed by the experimental ones from the DC motor speed control system developed by analog technology.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.48
no.8
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pp.996-1003
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1999
This paper propose a position-speed controller with an estimator which can estimate states and disturbance. The overall control system consists of two parts: the position-speed controller and an estimator. The Kalman filter applied as state-feedback controller is an optimal state estimator applied to a dynamic system that involves random perturbations and gives a linear, unbiased and minimum error variance recursive algorithm to optimally estimate the unknown state. Therefore, we consider the error problem about the servo system modeling and the measurement noise as a stochastic system and implement a optimal state observer, and enhance the estimate performance of position and speed using that. Using two-degree-of freedom(TDOF) conception, we design the command input response and the closed loop characteristics independently. The servo system is to improve the closed loop characteristics without affecting the command imput response. The characteristics of the closed loop system is improved by suppressing disturbance torque effectively with the disturbance observer using a inverse-transfer matrix. Therefore, the performance of overall position-speed controller is enhanced. Finally, the performance of the proposed controller is exemplified by some simulations and by applying the real servo system.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.9
no.6
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pp.612-619
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2004
Servo motor systems with ball-screw and timing-belt are widely used in NC, robot, FA and industrial applications. However, the nonlinear friction torque and damping effect in machine elements reduce the control performance. Especially tracking errors in trajectory control and very low velocity control range are serious due to the break-away friction and Stribeck effects. In this paper, a new double speed controller is proposed for compensation of the nonlinear friction torque. The proposed double speed controller has outer speed controller and inner friction torque compensator. The proposed friction torque compensator compensates the nonlinear friction torque with actual speed and speed error information. Due to the actual information for friction torque compensator without parameters and mathematical model of motor, proposed compensator is very simple structure and the stability is very high. The proposed compensator is verified by simulation and experimental results.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.19
no.1
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pp.60-70
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1995
In the field of marine transportation the energy saving is one of the most important factors for profit. In order to reduce the fuel oil consumption the ship's propulsion efficiency must be increased as much as possible. The propulsion efficiency depends upon a combination of an engine and a propeller. The propeller has better efficiency as lower rotational speed. This situation led the engine manufacturers to design the engine that has lower speed, longer stroke and a small number of cylinders. Consequently the variation of rotational torque became larger than before because of the longer delay-time in the fuel oil injection process and an increased output per cylinder. As this new trends the conventional mechanical-hydrualic governors for engine speed control have been replaced by digital speed controllers which adopted the PID control or the optimal control algorithm. But these control algorithms have not enough robustness to suppress the variation of the delay-time and the parameter pertubation. In this paper we consider the delay-time and the perturbation of engine parameters as the modeling uncetainties. Next we design the controller which has zero offset in steady state engine speed, based on the two-degree-of-freedom control theory and $\mu$-synthesis. Thd validity of the controller is investigated through the response simulation. We use a personal computer and an analog computer as the digital controller and the engine (plant) part respectively. And, we certify that the designed controller maintains its performance even though the engine parameters may vary.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.26
no.12
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pp.9-20
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2012
This paper proposes the efficiency optimization control of interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) drive using series connected-fuzzy neural network PI(SC-FNPI) controller. The PI controller is generally used to control IPMSM drive in industrial field. However, the PI controller has problem which is falling control performance about parameter variation such as command speed, load torque and inertia due to fixed gain of PI controller. Therefore, to improve performance of PI controller, this paper proposes SC-FNPI controller adjusted input of PI controller by FNN controller according to operating conditions. Also, this paper proposes efficiency optimization control which is improving efficiency with minimize loss. The SC-FNPI controller proposed in this paper is compared control performance with conventional FNN and PI controller about command speed, load torque and inertia variation. And the efficiency optimization control is compared with $i_d=0$ control about loss and efficiency. The SC-FNPI controller proposed in this paper shows more excellent control performance for rising time, overshoot and steady-state error. Also efficiency optimization control is increased efficiency by reducing loss.
In this paper we design $H_{\infty}$ infinity controller for Induction motor with low speed operation. $H_{\infty}$ controller is applied in order to design a state feedback static controller for field oriented control of an induction motor. $H_{\infty}$ controller are linear plant can be set up using the same assumptions that are at the basis of field oriented control. Thus, $H_{\infty}$ control theory can be successfully used to set up a state feedback controller for field oriented control of an induction motor. The performances of the $H_{\infty}$ controller is numerically analysed and experimentally verified to prove the validity of the design procedure. In this paper show that performances with high robustness to variations of system parameter.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2000.05a
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pp.6-10
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2000
In this paper a methodology for designing a controller based on inverse dynamics for speed control of DC motors is presented. The proposed controller consists of a low-pass prefilter the inverse dynamic model of a system and the PI controller. The low-pass prefilter prevents high frequency effects from the inverse dynamic model. The model is characterized by a nonlinear friction model. The PI controller regulates the error between the set-point and the system output which is caused by modeling error disturbances and variations f parameters. The parameters of the model and the PI controller are optimized offlinely by genetic algorithm. The experimental results on a DC motor system illustrate the performance of the proposed controller.
Duy Vo Hoang;Phuong Nguyen Thanh;Kim Hak-Kyeong;Kim Sang-Bong
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2006.06a
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pp.77-78
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2006
A mixed method between $H_2\;and\;H_{\infty}$ control are widely applied to systems which has parameter perturbation and uncertain model to obtain an optimal robust controller. Brushless Direct Current (BLDC) motors are widely used for high performance control applications. Conventional PID controller only provides satisfactory performance for set-point regulation. However, with the presence of nonlinearities, uncertainties and perturbations in the system, conventional PID is not sufficient to achieve an optimal robust controller. This paper presents an approach to ease designing a Mixed $H_2/H_{\infty}$ PID controller for controlling speed of Brushless DC motors and the genetic algorithm is used to solve the optimized problems. Numerical results are shown to prove that the performance in the proposed controller is better than that in the optimal PID controller using LQR approach.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.13
no.6
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pp.370-479
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1988
This paper presents a microprogrammable sequential controller which realizes the sequential logic system with parallel sequences described by a GRAFCET. The proposed controller improves speed, flexibility, programming ease and the efficiency of controlled system by paralle sequencing capability. It is especially designed for complex high speed sequential contollers requiring large I/O capabilities, such as industrial process controller or power electronic conversion controller.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.13
no.6
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pp.470-470
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1988
This paper presents a microprogrammable sequential controller which realizes the sequential logic system with parallel sequences described by a GRAFCET. The proposed controller improves speed, flexibility, programming ease and the efficiency of controlled system by paralle sequencing capability. It is especially designed for complex high speed sequential contollers requiring large I/O capabilities, such as industrial process controller or power electronic conversion controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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