دانلود ترجمه مقاله کنترل کننده FOPID با فیلتر کسری در تنظیم کننده ولتاژ

1. مقدمه 2. مدل سیستم AVR 3. کنترل کننده PID مرتبه کسری 4. الگوریتم سینوس – کسینوس 5. طراحی کنترل کننده های پیشنهادی توسط SCA 6. نتایج شبیه سازی و بحث و بررسی 7. نتیجه گیری

چکیده – مطالعه حاضر، یک کنترل‌کننده جدید تناسبی مشتقی انتگرالی مرتبه کسری (FOPID) با فیلتر مرتبه کسری را برای کنترل یک سیستم تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار (AVR) مورد بحث قرار می دهد. کنترل کننده پیشنهادی، از هفت پارامتر مستقل برای تنظیم تشکیل شده است. لازم به ذکر است که پارامترهای مربوطه به طور بهینه از طریق الگوریتم سینوسی کسینوس (SCA) که جهت یافتن راه حل بهینه، از قابلیت متعادل سازی فازهای اکتشاف و بهره برداری برخوردار است، تنظیم می شوند. همچنین، این کنترل کننده بهینه تنظیم شده که SCA-FOPIDFF نامیده می شود جهت بهبود عملکرد سیستم AVR مورد استفاده قرار می گیرد. شایان ذکر است که جهت نمایش اثربخشی این کنترل کننده پیشنهادی، یک کنترل کننده FOPID با فیلتر عدد صحیح تحت عنوان SCA-FOPIDF، یک کنترل کننده سنتی بدون فیلتر FOPID تحت عنوان SCA-FOPID، یک کنترل کننده PID با فیلتر مرتبه کسری تحت عنوان SCA-PIDFF و یک کنترل کننده PID با فیلتر عدد صحیح تحت عنوان SCA-PIDF نیز با استفاده از SCA با همان تابع هدف جهت کنترل سیستم AVR طراحی شده است. همچنین، از طریق مقایسه با مطالعات منتشر شده که کنترل‌کننده‌های PID و FOPID بهینه تنظیم‌شده را برای سیستم AVR پیشنهاد می‌کنند، برتری کنترل‌کننده پیشنهادی اعتبار سنجی می‌شود. همچنین در مطالعه حاضر، ویژگی های پاسخ فرکانس کنترل کننده پیشنهادی به دست آمده از تحلیل بود نیز عنوان شده است. در نهایت به صورت مجزا، توانمندی کنترل‌کننده‌های طراحی‌شده در برابر عدم قطعیت‌های پارامتر در سیستم AVR و اختلالات خارجی تزریق‌شده به سیستم AVR مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. همچنین با در نظر گرفتن نتایج کلی مطرح شده، بدیهی است که فیلتر مرتبه کسری در کنترل کننده پیشنهادی SCA-FOPIDFF، به طور قابل ملاحظه ای به بهبود عملکرد سیستم AVR منجر می شود و به نحو موثری، کنترل کننده پیشنهادی می تواند در سیستم AVR مورد استفاده قرار گیرد. مقدمه: اتلاف توان حقیقی در واحدهای تولید برق، موضوع کلی است که بایستی مورد بررسی قرار گیرد. از اینرو برای رفع این مسئله و به حداقل رساندن تلفات توان، محققان سیستم های تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) را مورد مطالعه و بررسی قرار می دهند. شایان ذکر است که حفظ ولتاژ ژنراتور در سطح مطلوب و با دقت بالا، بخشی از اهداف اصلی این سیستم های AVR به شمار می آید. همچنین اطمینان از این دقت، به افزایش دوام تجهیزات طراحی شده با ولتاژ نامی در شبکه سیستم قدرت منجر شده و به طور قابل ملاحظه ای پایداری و توانمندی سیستم AVR، ایمنی سیستم قدرت [l] را تحت تأثیر قرار می دهد. از اینرو با توسعه تکنیک های کنترلی جدید، افزایش اثربخشی سیستم AVR، به طور فزاینده ای به موضوع مهمی تبدیل شده است. بخصوص اینکه، بهبود پاسخ گذرای سیستم AVR در محدوده پایداری نیز به طور جدی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. بررسی های صورت گرفته حاکی از آن است که در سالهای اخیر با هدف دستیابی به پاسخ بهتر سیستم، محققان برای کنترل ولتاژ ژنراتور سیستم AVR چندین روش کنترلی را ارائه داده اند. همچنین برخی از تکنیک های کنترلی پیشنهادی عبارتند از: کنترل کننده تناسبی مشتقی انتگرالی (PID) [2–4]، کنترل کننده PID مرتبه کسری [5،6]، کنترل کننده منطق فازی [7]، کنترل کننده حالت لغزشی [8]، و کنترل کننده بازخورد دیفرانسیل مرتبه بالای کسری [9]. لازم به ذکر است که علی رغم این تنوع بالا، به دلیل عملکرد و ساختار کنترلی ساده، محققان تا حد زیادی تمرکز خود را بر کنترل کننده PID یا ترکیبات آن معطوف نموده اند.

This article presents a novel fractional order proportional–integral–derivative (FOPID) controller with fractional filter for an automatic voltage regulator (AVR) system. The proposed controller has seven independent parameters to be set. These parameters are optimally tuned by using sine–cosine algorithm (SCA) capable of balancing exploration and exploitation phases to find the optimal solution. The optimally tuned controller named as SCA-FOPIDFF is employed to enhance the performance of the AVR system. In order to show the effectiveness of the proposed controller, a FOPID controller with integer filter called as SCA-FOPIDF, a traditional FOPID controller without filter called as SCA-FOPID, a PID controller with fractional filter called as SCA-PIDFF, and a PID controller with integer filter called as SCA-PIDF are also designed for the AVR system using the SCA with the same objective function. In addition, the superiority of the proposed controller is also validated by the comparison with published studies proposing optimally tuned PID and FOPID controllers for the AVR system. Frequency response characteristics of the proposed controller obtained from bode analysis are presented. Finally, the robustness of the designed controllers are examined separately against both parameter uncertainties in the AVR system and external disturbances injected into the AVR system. Considering the overall results presented, it is clear that the fractional filter in the proposed SCA-FOPIDFF controller has significantly improve the AVR system performance and that the proposed controller can be successfully applied to the AVR system. Introduction: Real power losses in power generating units is a general issue needing to be solved. Researchers study on automatic voltage regulator (AVR) systems to minimize these power losses. The main aim of these AVR systems is to keep generator voltage at the desired level with high accuracy. Ensuring this accuracy increases the durability of equipment designed with the rated voltage in a power system network. In addition, the stability and robustness of the AVR system remarkably affect the safety of the power system [1]. Therefore, increasing the efficiency of the AVR system by developing new control techniques is still a current and important issue. In particular, improvement of the transient response of the AVR system within the stability limits is heavily studied. Until now, several control methods have been proposed by researchers to control generator voltage of the AVR system in order to achieve better system response. Proportional–integral–derivative (PID) controller [2], [3], [4], fractional-order PID controller [5], [6], fuzzy logic controller [7], sliding mode controller [8], and fractional high-order differential feedback controller [9] are some of the proposed control techniques. Despite this wide varieties, the researchers have more focused on the PID controller or its combinations due to its functionality and simple control structure.