Tối ưu điều khiển trượt với hàm trượt dạng PID sử dụng giải thuật bầy đàn

Huỳnh Minh Vũ Huỳnh Minh Vũ; Nguyễn Đình Tứ Nguyễn Đình Tứ

doi:10.59294/HIUJS.26.2023.540

Từ khóa:

Sliding mode control with PID sliding surface, Particle swarm optimization, one degree of freedom manipulator, Dead-zone, Disturbance

Tóm tắt

Bộ điều khiển trượt với hàm trượt dạng PID (Proportional Integral Derivative) có ưu điểm là có tính ổn định, bền vững bằng cách giảm thiểu hiện tượng dao động quanh mặt trượt. Tuy nhiên, để thiết kế được bộ điều khiển trượt với hàm trượt dạng PID người thiết kế cần chọn các tham số bằng phương pháp thử-sai. Vì vậy, việc cải thiện một giải pháp giúp tìm kiếm tham số tối ưu của bộ điều khiển trượt với hàm trượt dạng PID là cần thiết. Bài báo trình bày một phương pháp để tối ưu tham số của bộ điều khiển trượt với hàm trượt dạng PID sử dụng giải thuật bầy đàn cho mô hình tay máy một bậc tự do. Kết quả mô phỏng dựa trên phần mềm MATLAB cho thấy bộ điều khiển ổn định và bền vững dưới tác động của nhiễu và thành phần dead-zone, đáp ứng của hệ thống không xuất hiện vọt lố và sai số xác lập bị triệt tiêu.

Abstract

The sliding mode controller with PID (Proportional Integral Derivative) sliding surface provides the stability and robustness by decreasing chattering phenomenon. However, the traditional procedure generally involves trial and error methods in designing the sliding mode controller with PID sliding surface. Therefore, an improved selection procedure of parameters for sliding mode controller with PID sliding surface is necessary to improve the system performance. This study proposes an approach to optimize the sliding mode controller with PID sliding surface using the particle swarm optimization for the one degree of freedom manipulator. Simulations are performed using MATLAB to demonstrate the stability and robustness of the proposed controller by exhibiting no overshoot/steady-state error in dealing with dead-zone and unexpected disturbance.

Tài liệu tham khảo

[1] K.D. Young, V.I. Utkin, and U. Ozguner, “A control engineer's guide to sliding mode control,” IEEE Transactions on Control Systems Technology, 7, pp.328-342, 1999.

DOI: https://doi.org/10.1109/87.761053

[2] L. Yangming, “Adaptive sliding mode control with perturbation estimation and PID sliding surface for motion tracking of a piezo-driven micromanipulator,” IEEE Transactions on Control Systems Technology, 18, pp.798-810, 2010.

DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2009.2028878

[3] Nguyễn Hoàng Dũng, “Điều khiển trượt dựa trên hàm trượt kiểu PID,” Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 21a 30-36, 2012.

[4] S.Y. Oh and D.J. Park, “Design of new adaptive fuzzy logic controller for nonlinear plants with unknown or time-varying dead zones,” IEEE Transactionson Fuzzy Systems, 6, pp.482-491, 1998.

DOI: https://doi.org/10.1109/91.728437

[5] J.E. Normey-Rico and E.F. Camacho, Control of dead-time processes, Place of publication: Springer, 2007.

[6] S. Mirjalili, “The ant lion optimizer,” Advances in Engineering Software, 83, pp.80-98, 2015.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2015.01.010

[7] S. Mirjalili, S.M. Mirjalili and A. Lewis, “Grey wolf optimizer,” Advances in Engineering Software, 69, pp.46-61, 2014.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2013.12.007

[8] L. Fatiha and K. Sihem, Recent advances in engineering mathematics, Place of publication: Springer, 1st ed., 2020, pp.19-32.

[9] D. Mokeddem and H. Draidi, “Optimization of PID sliding surface using Antlion optimizer,” International Symposium on Modeling and Implementation of Complex Systems (MISC), pp.133-145, 2018.

DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-05481-6_10

[10] L. Tsoukalas and R. Uhrig, Fuzzy and neural approaches in engineering, Place of publication: Wiley, 1997.

[11] R. Eberhart and J. Kenedy, “Particle swarm optimization,” Proceeding of the IEEE International Conference on Neural Networks, pp.1942-1948, 1995.

[12] Huỳnh Thái Hoàng, Hệ thống điều khiển thông minh. Thành phố Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, 2006.

[13] T. Gang, Adaptive control of nonsmooth dynamic systems, Place of publication: Springer, 2001.