طراحي كنترل كننده PID مرتبه كسري بهينه براي كنترل سرعت موتور DC با در نظر گرفتن ديناميك درايو و چاپر با رويكرد چند هدفه با الگوريتم بهينه سازي چرخه آب

Design of Optimal FOPID Controller for Speed Control of DC Motor Including Drive and Chopper Dynamic Considering Multi-Objective Optimization Using Water Cycle Optimization Algorithm

چون موتورها داراي ساختاري ساده و طول عمر زياد هستند كنترل دقيق سرعت آنها براي افزايش عملكرد و كاربرد هاي صنعتي بسيار مهم است. در اين مقاله به كنترل سرعت موتور DC با در نظر گرفتن ديناميك درايو و چاپر با كنترل كننده PID مرتبه كسري پرداخته مي شود. يك از نوآوري هاي اين مقاله در نظر گرفتن ديناميك چاپر است. در نظر گرفتن ديناميك چاپر از يك سو باعث پيچيده شدن ديناميك سيستم و از سويي ديگر از نقطه نظر عملي باعث كاهش ريپل جريان آرميچر مي شود. اين مهم باعث بهبود پاسخ گذرا و در نتيجه تنظيم بهتر سرعت مي شود. علاوه بر اين به عنوان يك نوآوري سعي مي شود تا با استفاده از روش جديد بهينه سازي چرخه آب با رويكردي چند هدفه ضرايب كنترل كننده PID مرتبه كسري بگونه اي تنظيم شود كه عملكرد كنترلي خوبي حاصل شود. مقايسه نتايج با الگوريتم بهينه سازي زنبور عسل و پرندگان نشان مي دهد كه كنترل كننده PID مرتبه كسري بهينه شده با الگوريتم بهينه سازي چرخه آب از نقطه نظر زمان صعود، فراجهش و خطاي حالت ماندگار عملكرد بهتري دارد.

Since DC motors have simple structure and long life, the precise speed control for increasing performance and industrial applications is of great importance. This paper is devoted to designing a fractional PID controller in order to speed control of a DC motor by considering the drive and chopper dynamics. As a novelty, chopper dynamic is also considered. From a control point of view, the dynamics of the chopper could complicate the system dynamics, and from a practical point of view, it could reduce the ripple of the armature current. This improves the transient response and results in better speed regulation. In addition, as a novelty, to adjust the fractional order PID controller coefficients a new optimization approach called watercycle optimization (WCA) algorithm by considering a multi-objective criteria is employed. The results obtained are compared with the artificial bee colony and particle swarm optimization algorithm. The results show that the fractional order PID controller optimized by the WCA algorithm performs better in terms of rise-time, overshoot and steady state error.