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.
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.
한국퍼지및지능시스템학회 1993년도 Fifth International Fuzzy Systems Association World Congress 93
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pp.1191-1194
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1993
We consider a fuzzy controller corresponding to PI controller. This controller is applied to a controlled object which is a first order lag system with dead time. An antecedent part is divided into 3, 5, and 7 parts ( membership function of triangle shape ), and a consequent part into 3, 5, and 7 parts ( membership function of singleton ). In each combination of an antecedent part and a consequent one. We compare control efficiency under the performance criteria such that the overshoot is kept 20% and the ITAE index is minimized.
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.
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.
본 논문은 시간 응답을 과도응답과 정상상태 응답으로 분류하여 1차의 지연시간을 포함한 공정을 동정하는 새로운 모델링 방법을 제시했다. 먼저 공정의 입.출력 데이터를 분석하여 공정의 상태를 정상상태 응답과 과도상태 응답으로 분류한다. 그 다음 최소 자승법을 사용하여 정상상태 응답은 하나의 1차의 지연시간을 갖는 공정으로 추정하고, 과도상태 응답은 여러 개의 모델로 나누어 모델링 한다. 최적의 PID 동조법으로는 지연시간을 보상하는 Smith- Predictor 구조에 성능지수 ITAE값이 최소가 되도록 설계하였다. 시뮬레이션을 통하여 다양한 공정에 대하여 본 논문에서 제안한 방법을 적용하여, 모델축소 방법의 정확성 및 제어기 성능의 개선을 보였다.
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.
2-mass system is generally used as controller of the variable-speed to transfer electromotion power to mechanical load such as industrial robot, driving parts of electric vehicle, rolling machine system of steel plant and driving parts of elevator. In this case, PI controller is often used as a velocity controller because of simplicity of system. But PI control algorithm is not enough for obtaining the control characteristics required for this system. To solve this problem, 2-mass system based on the PID controller derives the optimum PID parameters by pole assignment and estimation of the ITAE performance index. In this case, the system have tenacious properties about disturbance, but it causes extreme overshoot and vibration because of rapidly output of controller in early transient response about desired value. And if speed control system is applied by 2-DOF parameter ${\alpha}$, a temporary value, we must induce most suitable parameter by complicate pole assignment and estimation of the ITAE performance index whenever ${\alpha}$ changes. In this paper, to solve this problem we suggest control algorithm to followed exactly value of ${\alpha}$ as 2-DOF parameter by using fuzzy algorithm . So, intelligence algorithm modeled by human knowledge, experience, teachability and judgment follow exact ${\alpha}$ value and it can compose the efficient 2-DOF PID controller to improve following performance, overshoot decrease.
This study proposed new method to decide the reference model necessary for design PID controller. In generally, control design problems using the reference model have the following two factors. One factor is that numerical model of the controlled system can be obtained extremely, and the other is that specification for the closed-loop dynamic performance is pure moderate. Therefore, the control design procedure is essentially based on the partial reference model matching which offers a reasonable method to simplify the design and the controller configuration under the controlled system uncertainty. ITAE(Integral of time-multiplied absolute error) performance index and Kitamori method etc. which were used a reference model method had a limit to settling time and rising time of reference model that it arrived to steady state response according to the controlled system. On this study, if it only knew peak time of overshoot and settling time by measurement signal of the controlled system, it can be made the reference model easily. We proposed new method to improve performance index of the reference model superior to existing reference model index and illustrate the numerical simulation results to show the effectiveness of proposed control method design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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