This paper is concerned with the real-time automatic tuning of the multi-input multi-output positive position feedback controllers for smart structures by the genetic algorithms. The genetic algorithms have proven its effectiveness in searching optimal design parameters without falling into local minimums thus rendering globally optimal solutions. The previous real-time algorithm that tunes a single control parameter is extended to tune more parameters of the MIMO PPF controller. We employ the MIMO PPF controller since it can enhance the damping value of a target mode without affecting other modes if tuned properly. Hence, the traditional positive position feedback controller can be used in adaptive fashion in real time. The final form of the MIMO PPF controller results in the centralized control, thus it involves many parameters. The bounds of the control Parameters are estimated from the theoretical model to guarantee the stability. As in the previous research, the digital MIMO PPF control law is downloaded to the DSP chip and a main program, which runs genetic algorithms in real time, updates the parameters of the controller in real time. The experimental frequency response results show that the MIMO PPF controller tuned by GA gives better performance than the theoretically designed PPF. The time response also shows that the GA tuned MIMO PPF controller can suppress vibrations very well.
Model-based tuning rules of the PID controller are proposed incorporating with real-coded genetic algorithms. The optimal parameter sets of the PID controller for step set-point tracking are obtained based on the first-order time delay model and a real-coded genetic algorithm as an optimization tool. As for assessing the performance of the controllers, performance indices(ISE, IAE and ITAE) are adopted. Then tuning rules are derived using the tuned parameter sets, potential rule models and another real-coded genetic algorithm A set of simulation works is carried out to verify the effectiveness of the proposed rules.
$\mu$ theory can handle the parametric uncertainty and produces more non-conservative controller than H$_{\infty}$ control theory. However an existing solution of the theory, D-K iteration, creates a controller of huge order and cannot handle the real or mixed real-complex perturbation sets. In this paper, we use genetic algorithms to solve these problems of the D-K iteration method. The Youla parameterization is used to obtain all stabilizing controllers and the genetic algorithms determines the values of the state feedback gain, the observer gain, and Q parameter to minimize $\mu$, the structured singular value, of given system. From an example, we show that this method produces lower order controller which controls a real parameter-perturbed plant than D-K iteration method.
Many algorithms to find a minimum cost design of water distribution network (WDN) have been developed during the last decades. Most of them have tried to optimize cost only while satisfying other constraining conditions. For this, a certain degree of simplification is required in their calculation process which inevitably limits the real application of the algorithms, especially, to large networks. In this paper, an optimum design method using the Genetic Algorithms (GA) is developed which is designed to increase the applicability, especially for the real world large WDN. The increased to applicability is due to the inherent characteristics of GA consisting of selection, reproduction, crossover and mutation. Just for illustration, the GA method is applied to find an optimal solution of the New York City water supply tunnel. For the calculation, the parameter of population size and generation number is fixed to 100 and the probability of crossover is 0.7, the probability of mutation is 0.01. The yielded optimal design is found to be superior to the least cost design obtained from the Linear Program method by $4.276 million.
이 논문은 지능구조물의 실시간 적응진동제어를 위해 유전자 알고리즘을 이용하여 Positive Position Feedback(PPF) 제어기를 조정하는 것과 관련이 있다. 유전자 알고리즘은 최적변수를 찾는데 있어 국소 최소점이 아닌 전체적인 최적점을 찾을 수 있는 능력이 있다. PPF 제어기는 다른 진동모드에 영향을 주지 않으면서 특정 진동모드의 감쇠를 증가시킬 수 있는 장점을 가지고 있는 반면에 효과적인 진동제어를 위해서는 제어하고 자하는 진동모드의 고유진동수를 정확히 알아야하는 단점이 있다. 본 연구에서는 유전자 알고리즘을 이용하여 실시간으로 PPF 제어기가 필요로 하는 변수값을 추적할 수 있는 알고리즘을 개발하여 그 타당성을 실험으로 증명하였다. 실험결과는 PPF 제어기의 실시간 조정이 성공적으로 이루어져 진동제어가 효과적으로 이루어졌음을 보여주고 있다.
The optimum dosage control is presumably the goal of every water treatment plant. However it is difficult to determine the dosage rate of coagulant, due to nonlinearity, multivariables and slow response characteristics, etc. To deal with this difficulty, the real number genetic-fuzzy system was used in determining the dosage rate of the coagulant. The genetic algorithms are excellently robust in complex optimization problems. Since it uses randomized operators and searches for the best chromosome without auxiliary informations from a population which consists of codings of parameter set. To apply this algorithms, we made the real number rule table and membership function from the actual operation data of the water treatment plant. We determined optimum dosages of coagulant(LAS) using the fuzzy operation and compared them with the dosage rate of the actual operation data.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제27권1호
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pp.24-32
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2003
The PID controller has been widely used in industrial applications due to its simple structure and robustness. Even if it is initially well tuned, the PID controller must be retuned to maintain acceptable performance when there are system parameter changes due to the change of operation conditions. In this paper, a self-tuning control scheme which comprises a parameter estimator, a NN-based rule emulator and a PID controller is proposed, which can cope with changing environments. This method involves combining neural networks and real-coded genetic algorithms(RCGAs) with conventional approaches to provide a stable and satisfactory response. A RCGA-based parameter estimation method is first described to obtain the first-order with time delay model from over-damped high-order systems. Then, a set of optimum PID parameters are calculated based on the estimated model such that they cover the entire spectrum of system operations and an optimum tuning rule is trained with a BP-based neural network. A set of simulation works on systems with time delay are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed method.
In this study, we introduce a new approach to Parallel Genetic Algorithms (PGA) which combines AHFCGA with crossover operator. As to crossover operators, we use three types of the crossover operators such as modified simple crossover(MSX), arithmetic crossover(AX), and Unimodal Normal Distribution Crossover(UNDX) for real coding. The AHFC model is given as an extended and adaptive version of HFC for parameter optimization. The migration topology of AHFC is composed of sub-populations(demes), the admission threshold levels, and admission buffer for the deme of each threshold level through succesive evolution process. In particular, UNDX is mean-centric crossover operator using multiple parents, and generates offsprings obeying a normal distribution around the center of parents. By using test functions having multimodality and/or epistasis, which are commonly used in the study of function parameter optimization, Experimental results show that AHFCGA can produce more preferable output performance result when compared to HFCGA and RCGA.
In this paper, a modified real-valued genetic algorithm is developed by using the meiosis for human's chromosome. Unlike common crossover methods adapted in the conventional genetic algorithms, our suggested modified real-valued genetic algorithm makes gametes by conducting the meiosis for individuals composed of chromosomes, and then generates a new individual through crossovers among those. Ultimately, when appling it for the gas data of Box-Jenkin, model and parameter identifications can be concurrently done to construct the optimal model of a neural network in terms of minimizing with the structure and the error.
We proposed an optimum PID controller design method of the Smith Predictor It can be applied to various processes. The real process is approximated via the second order plus time delay model (SOPTD) whose parameters are specified through a model reduction algorithm. We already proposed a new model reduction method that considered four point in the Nyquist curve to reduced the steady state error between the real process model and the reduced model using the gradient decent method and the genetic algorithms. In addition, the Smith predictor is used to compensate time delay of the real process model. In this paper, the new optimum parameter tuning algorithm for PID controller of the Smith Predictor is proposed through ITAE as performance index. The Simulation results show the validity and improvement of performance for various processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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