Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı

Serdar EKİNCİ, (Batman Üniversitesi)
Ayşen DEMİRÖREN, (İstanbul Teknik Üniversitesi)
H. Lale ZEYNELGİL, (İstanbul Teknik Üniversitesi)
Serhat KAYA (Batman Üniversitesi)
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji
1 0
Yıl: 2019 Cilt: 7 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 383 - 398 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.29109/gujsc.516424 İndeks Tarihi: 10-04-2020

Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı

Öz:
Bu çalışma, ilk kez böbrek-ilhamlı algoritma (KA) kullanarak otomatik gerilim regülatörü (AVR) sisteminin en iyi oransal-integral-türevsel (PID) kontrolör parametrelerini (Kp, Ki ve Kd) belirlemek için yeni bir tasarım yöntemi sunmaktadır. KA tekniği yüksek kaliteli çözüm, iyi hesaplama verimliliği ve hızlı yakınsama özelliklerine sahiptir. Önerilen PID kontrolörünün tasarım problemi bir optimizasyon problemi olarak tanımlanmıştır ve Kp, Ki ve Kd’nin kontrolör kazançlarını bulmak için KA tekniği kullanılmıştır. KA tekniği ile optimize edilmiş PID kontrolörünün Ziegler-Nichols (ZN) klasik ayar metoduna ve bazı modern sezgisel optimizasyon algoritmalarına dayalı kontrolörlere göre üstünlüğü, etkin bir AVR sistemi elde etmek için geçici hal cevap analizi yapılarak incelenmiştir. KA tekniği ile ayarlanan ilgili güç sisteminin kararlılığını değerlendirmek için kutup/sıfır haritası analizi ile Bode çizimi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, önerilen kontrolörün performansını AVR sisteminde kontrol etmek için gürbüzlük analizi de yapılmıştır. Sayısal simülasyon sonuçları, KA tekniğinin mükemmel bir ayarlama kabiliyetine sahip olduğunu ve AVR sisteminin diğer mevcut yöntemlere göre basamak cevabını iyileştirmede daha etkili olduğunu doğrulamaktadır.
Anahtar Kelime:

Konular: Mühendislik, Elektrik ve Elektronik Bilgisayar Bilimleri, Yazılım Mühendisliği Mühendislik, Makine Endüstri Mühendisliği

Design of PID Controller for Automatic Voltage Regulator System through Kidney-inspired Algorithm

Öz:
This study presents a new design method for determining the best proportional-integral-derivative (PID) controller parameters (Kp, Ki and Kd) of an automatic voltage regulator (AVR) system using kidney-inspired algorithm (KA) for the first time. KA technique has high quality solution ability, good computational efficiency and fast convergence characteristics. The design problem of the proposed PID controller is defined as an optimization problem and KA technique is utilized to find the controller gains of Kp, Ki and Kd. The superiority of the optimized PID controller with KA technique over Ziegler-Nichols (ZN) classical tuning method and some modern heuristic optimization algorithms based controllers is inspected via transient response analysis to achieve an efficient AVR system. To evaluate the stability of the related power system tuned by KA technique, pole/zero map analysis and Bode plot are performed. Afterwards, robustness analysis is also carried out to check the performance of the proposed controller in the AVR system. The numerical simulation results verify that KA technique has an excellent tuning capability and is more efficient in improving the step response of the AVR system than the other existing methods.
Anahtar Kelime:

Konular: Mühendislik, Elektrik ve Elektronik Bilgisayar Bilimleri, Yazılım Mühendisliği Mühendislik, Makine Endüstri Mühendisliği
Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] S. Chatterjee, V. Mukherjee, PID controller for automatic voltage regulator using teaching–learning based optimization technique, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 77 (2016) 418-429.
  • [2] O. Bendjeghaba, Continuous firefly algorithm for optimal tuning of PID controller in AVR system, Journal of Electrical Engineering, 65: 1 (2014) 44-49.
  • [3] L. dos Santos Coelho, Tuning of PID controller for an automatic regulator voltage system using chaotic optimization approach, Chaos, Solitons & Fractals, 39: 4 (2009) 1504-1514.
  • [4] S. Ekinci, B. Hekimoglu, Multi-machine power system stabilizer design via HPA algorithm, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32: 4, (2017) 1271-1285.
  • [5] H.M. Hasanien, Design optimization of PID controller in automatic voltage regulator system using Taguchi combined genetic algorithm method, IEEE Systems Journal, 7: 4 (2013) 825-831.
  • [6] Z. L. Gaing, A particle swarm optimization approach for optimum design of PID controller in AVR system, IEEE Transactions on Energy Conversion, 19: 2 (2004) 384-391.
  • [7] H. Gozde, M. C. Taplamacioglu, Comparative performance analysis of artificial bee colony algorithm for automatic voltage regulator (AVR) system, Journal of the Franklin Institute, 348: 8 (2011) 19271946.
  • [8] B. K. Sahu, S. Panda, P. K. Mohanty, N. Mishra, Robust analysis and design of PID controlled AVR system using pattern search algorithm, IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), Bengaluru, India, (2012) 1-6.
  • [9] H. Shayeghi, J. Dadashpour, Anarchic society optimization based PID control of an automatic voltage regulator (AVR) system, Electrical and Electronic Engineering, 2: 4 (2012) 199-207.
  • [10] P. K. Mohanty, B. K. Sahu, S. Panda, Tuning and assessment of proportional–integral–derivative controller for an automatic voltage regulator system employing local unimodal sampling algorithm, Electric Power Components and Systems, 42: 9 (2014) 959-969.
  • [11] N. Razmjooy, M. Khalilpour, M. Ramezani, A new meta-heuristic optimization algorithm inspired by FIFA world cup competitions: theory and its application in PID designing for AVR system, Journal of Control, Automation and Electrical Systems, 27: 4 (2016) 419-440.
  • [12] B. Hekimoğlu, S. Ekinci, Grasshopper optimization algorithm for automatic voltage regulator system, IEEE 5th International Conference on Electrical and Electronic Engineering (ICEEE), Istanbul, Turkey, (2018) 152-156.
  • [13] S. Duman, N. Yörükeren, İ. H. Altaş, Gravitational search algorithm for determining controller parameters in an automatic voltage regulator system, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 24: 4, (2016) 2387-2400.
  • [14] V. Rajinikanth, S. C. Satapathy, Design of controller for automatic voltage regulator using teaching learning based optimization, Procedia Technology, 21 (2015) 295-302.
  • [15] U. Güvenç, A. H. Işık, T. Yiğit, I. Akkaya, Performance analysis of biogeography-based optimization for automatic voltage regulator system, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 24: 3 (2016) 1150-1162.
  • [16] E. Çelik, Incorporation of stochastic fractal search algorithm into efficient design of PID controller for an automatic voltage regulator system, Neural Computing and Applications, 30: 6 (2018) 1991-2002.
  • [17] S. Ekinci, B. Hekimoglu, S. Kaya, Tuning of PID controller for AVR system using salp swarm algorithm, IEEE International Artificial Intelligence and Data Processing Symposium (IDAP), Malatya, Turkey, (2018) 424-429.
  • [18] B. Hekimoglu, Sine-cosine algorithm-based optimization for automatic voltage regulator system, Transactions of the Institute of Measurement and Control, 41: 6 (2019) 1761-1771.
  • [19] R. Pradhan, S. K. Majhi, B. B. Pati, Design of PID controller for automatic voltage regulator system using Ant Lion Optimizer, World Journal of Engineering, 15: 3 (2018) 373-387.
  • [20] S. Ekinci, B. Hekimoglu, S. Kaya, O. Adıbelli, Ş. Ay, Design of PID controller employing ALO algorithm for automatic voltage regulator system, 1st International Engineering and Technology Symposium (IETS 2018), Batman, Turkey, (2018) 640-645.
  • [21] E. Çelik, R. Durgut, Performance enhancement of automatic voltage regulator by modified cost function and symbiotic organisms search algorithm, Engineering Science and Technology, an International Journal, 21: 5 (2018) 1104-1111.
  • [22] E. Çelik, N. Öztürk, A hybrid symbiotic organisms search and simulated annealing technique applied to efficient design of PID controller for automatic voltage regulator, Soft Computing, 22: 23 (2018) 8011-8024.
  • [23] N. S. Jaddi, J. Alvankarian, S. Abdullah, Kidney-inspired algorithm for optimization problems, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 42 (2017) 358-369.
  • [24] N. S. Jaddi, S. Abdullah, Optimization of neural network using kidney-inspired algorithm with control of filtration rate and chaotic map for real-world rainfall forecasting, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 67 (2018) 246-259.
  • [25] S. Ekinci, B. Hekimoğlu, E. Uysal, Kidney-inspired algorithm for determination of PID power system stabilizer parameters. Journal of Polytechnic, 22: 2 (2019) 453-460.
  • [26] S. Ekinci, A. Demiroren, B. Hekimoglu, Parameter optimization of power system stabilizers via kidney-inspired algorithm, Transactions of the Institute of Measurement and Control, 41: 5 (2019) 1405-1417.
  • [27] J. E. Hall, Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. Philadelphia: Elsevier Health Sciences (2015).
  • [28] S. Ekinci, B. Hekimoğlu, Improved kidney-inspired algorithm approach for tuning of PID controller in AVR system, IEEE Access, 7 (2019) 39935-39947.
  • [29] K. Kayışlı, M. Uğur, 3 Serbestlik Dereceli Bir Robot Kolun Bulanık Mantık ve PID ile Kontrolü, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 5: 4 (2017) 223-233.
APA Ekinci S, Demiroren A, ZEYNELGİL H, KAYA S (2019). Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. , 383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
Chicago Ekinci Serdar,Demiroren Aysen,ZEYNELGİL H. Lale,KAYA Serhat Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. (2019): 383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
MLA Ekinci Serdar,Demiroren Aysen,ZEYNELGİL H. Lale,KAYA Serhat Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. , 2019, ss.383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
AMA Ekinci S,Demiroren A,ZEYNELGİL H,KAYA S Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. . 2019; 383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
Vancouver Ekinci S,Demiroren A,ZEYNELGİL H,KAYA S Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. . 2019; 383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
IEEE Ekinci S,Demiroren A,ZEYNELGİL H,KAYA S "Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı." , ss.383 - 398, 2019. 10.29109/gujsc.516424
ISNAD Ekinci, Serdar vd. "Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı". (2019), 383-398. https://doi.org/10.29109/gujsc.516424
APA Ekinci S, Demiroren A, ZEYNELGİL H, KAYA S (2019). Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7(2), 383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
Chicago Ekinci Serdar,Demiroren Aysen,ZEYNELGİL H. Lale,KAYA Serhat Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 7, no.2 (2019): 383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
MLA Ekinci Serdar,Demiroren Aysen,ZEYNELGİL H. Lale,KAYA Serhat Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, vol.7, no.2, 2019, ss.383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
AMA Ekinci S,Demiroren A,ZEYNELGİL H,KAYA S Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 2019; 7(2): 383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
Vancouver Ekinci S,Demiroren A,ZEYNELGİL H,KAYA S Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 2019; 7(2): 383 - 398. 10.29109/gujsc.516424
IEEE Ekinci S,Demiroren A,ZEYNELGİL H,KAYA S "Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı." Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7, ss.383 - 398, 2019. 10.29109/gujsc.516424
ISNAD Ekinci, Serdar vd. "Böbrek-ilhamlı Algoritma ile Otomatik Gerilim Regülatör Sistemi için PID Kontrolör Tasarımı". Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 7/2 (2019), 383-398. https://doi.org/10.29109/gujsc.516424
Sayfa Oluşturulma Tarihi
23-04-2024 11:11

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları