Tilt-fractional order proportional integral derivative control for DC motor using particle swarm optimization

Abstract

Introduction. Recently, the most desired goal in DC motor control is to achieve a good robustness and tracking dynamic of the setpoint reference speed of the feedback control system. Problem. The used model should be as general as possible and consistently represent systems heterogeneous (which may contain electrical, mechanical, thermal, magnetic and so on). Goal. In this paper, the robust tilt-fractional order proportional integral derivative control is proposed. The objective is to optimize the controller parameters from solving the criterion integral time absolute error by particle swarm optimization. The control strategy is applied on DC motor to validate the efficiency of the proposed idea. Methods. The proposed control technique is applied on DC motor where its dynamic behavior is modeled by external disturbances and measurement noises. Novelty. The proposed control strategy, the synthesized robust tilt-fractional order proportional integral derivative speed controller is applied on the DC motor. Their performance and robustness are compared to those provided by a proportional integral derivative and fractional order proportional integral derivative controllers. Results. This comparison reveals superiority of the proposed robust tilt-fractional order proportional integral derivative speed controller over the remaining controllers in terms of robustness and tracking dynamic of the set-point reference speed with reduced control energy.

Вступ. Останнім часом найбільш бажаною метою керування двигуном постійного струму є досягнення гарної надійності та динамічного відстеження заданої опорної швидкості системи керування зі зворотним зв'язком. Проблема. Використовувана модель має бути якомога загальнішою і несуперечливо представляти різнорідні системи (які можуть містити електричні, механічні, теплові, магнітні тощо). Мета. У цій статті пропонується робастне управління похідною пропорційного інтеграла дробового порядку нахилу. Мета полягає в тому, щоб оптимізувати параметри контролера шляхом вирішення критерію інтегральної абсолютної тимчасової помилки шляхом оптимізації рою частинок. Стратегія управління застосовується до двигуна постійного струму для перевірки ефективності запропонованої ідеї. Методи. Пропонований метод управління застосовується до двигуна постійного струму, динамічна поведінка якого моделюється зовнішніми перешкодами та шумами вимірів. Новизна. Пропонована стратегія управління, синтезований робастний пропорційно-інтегрально-диференціальний регулятор швидкості нахилу дробового порядку застосовується до двигуна постійного струму. Їх продуктивність та надійність порівнюються з показниками, що забезпечуються контролерами пропорційної інтегральної похідної та пропорційної інтегральної похідної дробового порядку. Результати. Це порівняння показує перевагу запропонованого робастного пропорційно-інтегральнодиференціального регулятора швидкості нахилу дробового порядку над іншими регуляторами з погляду робастності та динамічного відстеження заданої опорної швидкості зі зменшеною енергією управління.