Zaman gecikmesi içeren yüksek dereceli salınım sistemler için hibrit ateşböceği-genetik algoritmaya dayalı PIDA kontrolör tasarımı

Abstract

Kontrol sistem tasarımında, kontrolör tipi ve kontrolör parametrelerinin uygun şekilde belirlenmesi önem arz eder. PID kontrolörler birçok uygulamada çoğunlukla tercih edilirler. Bunun yanında, zaman gecikmesi içeren yüksek dereceden salınımlı sistemlerin kontrolünde PID kontrolörlerin yetersiz kaldığı bilinmektedir. Bu tür sistemlerde geleneksel PID kontrolör yerine PIDA kontrolör tercih edilir. Bu makale zaman gecikmesine sahip yüksek dereceden salınımlı sistemlerin kontrolü için hibrit algoritma tabanlı bir optimizasyon yöntemi sunar. PIDA kontrolör parametrelerini belirlemek için ateşböceği ve genetik algoritmanın avantajlarını birleştiren hibrit bir algoritma kullanılmıştır. Sunulan yöntemde, zaman cevabı parametrelerinden yerleşme ve yükselme zamanı, aşım ve kalıcı hal hatası kriterleri alınarak çok ölçütlü bir amaç fonksiyonu önerilmiştir. Önerilen yöntemin performansını değerlendirmek için iki benzetim çalışması yapılmış, elde edilen sonuçlar literatürden bazı çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Ayrıca sistemlerin parametre belirsizlik durumları analiz edilmiş ve tasarlanan kontrolörlerin dayanıklılık performans değerlendirmeleri yapılmıştır. Önerilen yöntemin, zaman gecikmesi içeren yüksek dereceden salınımlı sistemlerin geçici ve kalıcı durum cevabını geliştirdiği, hızlı ve etkili bir ayarlama metodu sunduğu elde edilen sonuçlardan görülmektedir.

In control system design, it is important to determine the controller type and controller parameters appropriately. PID controllers are mostly preferred in many applications. At the same time, it is known that PID controllers are insufficient to control higher order oscillatory systems with time delay. In such systems, PIDA controller is preferred instead of traditional PID controller. This paper presents a hybrid algorithm based optimization method for the control of higher order oscillatory systems with time delay. A hybrid algorithm combining the advantages of firefly and genetic algorithm is used to determine PIDA controller parameters. In the proposed method, a multi-criteria objective function is suggested by taking the settling and rising time, percent overshoot and steady state error criteria from the time response parameters. Two simulation studies are conducted to evaluate the performance of the proposed method, and the results are compared with some studies from the literature. In addition, the parameter uncertainties of the systems are analyzed and the robustness performance evaluations of the designed controllers are made. It is seen from the results obtained that the proposed method improves the transient and steady state response of higher order oscillatory systems with time delay and offers a fast and effective tuning method.