이 논문에서는 모델조정기법과 실수코딩 유전알고리즘을 이용하여 주어진 직류모터 시스템의 파라미터를 추정하였다. 종래에 논 Ziegler- Nichols(Z-N)동조법, Cohen-Coon(C-C)동조법, IMC(Internal model control)동조법, Lopez ITAE(L-ITAE)동조법과 같이 경험적이고 실험적인 많은 방법들이 제안되었다. 본 논문에서는 실수코딩 유전알고리즘을 이용하여 PID 제어기의 파라미터들을 동조하는 방법을 제안하고 시뮬레이션과 실험을 통해 제안한 제어기의 성능을 증명하였다.
이 논문에서는 모델조정기법과 실수코딩 유전알고리즘을 이용하여 주어진 직류모터 시스템의 파라미터를 추정하였다. 종래에 논 Ziegler- Nichols(Z-N)동조법, Cohen-Coon(C-C)동조법, IMC(Internal model control)동조법, Lopez ITAE(L-ITAE)동조법과 같이 경험적이고 실험적인 많은 방법들이 제안되었다. 본 논문에서는 실수코딩 유전알고리즘을 이용하여 PID 제어기의 파라미터들을 동조하는 방법을 제안하고 시뮬레이션과 실험을 통해 제안한 제어기의 성능을 증명하였다.
In this paper, parameters of a given DC motor system are estimated using the model adjustment technique and the real coded genetic algorithm(RCGA) technique. A number of tuning methods, based on experience and experiment, such as Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, IMC, L-ITAE Method have been proposed to ...
In this paper, parameters of a given DC motor system are estimated using the model adjustment technique and the real coded genetic algorithm(RCGA) technique. A number of tuning methods, based on experience and experiment, such as Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, IMC, L-ITAE Method have been proposed to obtain parameters for the PID controller. This paper proposes estimating parameters of PID controller using RCGA. The performance of the proposed algorithm is demonstrated through simulations and experiences.
In this paper, parameters of a given DC motor system are estimated using the model adjustment technique and the real coded genetic algorithm(RCGA) technique. A number of tuning methods, based on experience and experiment, such as Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, IMC, L-ITAE Method have been proposed to obtain parameters for the PID controller. This paper proposes estimating parameters of PID controller using RCGA. The performance of the proposed algorithm is demonstrated through simulations and experiences.
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문제 정의
본 논문에서는 추종성능이 좋고 적응성이 강한 PID 제어기를 설계하기 위해 실수코딩 유전일고리즘 (Real-coded Genetic Algorithm; RCGA)을 이용하는 방법을 제안한다(Jin 오], 2000). 직류 모터의 비교적 정확한 모델링을 얻기 위해 시스템의 입출력 데이터와 실수 코딩 유전알고리즘을 이용하여 수학적 모델링을 실시하 고, 기존의 제어기 동조 규칙과 RCGA를 이용한 동조 규칙을 Feedback 사의 "Precision Servo Wc rkshop 33-008" 직류 모터 실험장치에 적용하여 제안한 제어기 동조법의 우수성을 시뮬레이션과 실험을 통해 걷.
제안 방법
본 논문에서는 추종성능이 좋고 적응성이 강한 PID 제어기를 설계하기 위해 실수코딩 유전일고리즘 (Real-coded Genetic Algorithm; RCGA)을 이용하는 방법을 제안한다(Jin 오], 2000). 직류 모터의 비교적 정확한 모델링을 얻기 위해 시스템의 입출력 데이터와 실수 코딩 유전알고리즘을 이용하여 수학적 모델링을 실시하 고, 기존의 제어기 동조 규칙과 RCGA를 이용한 동조 규칙을 Feedback 사의 "Precision Servo Wc rkshop 33-008" 직류 모터 실험장치에 적용하여 제안한 제어기 동조법의 우수성을 시뮬레이션과 실험을 통해 걷.증하고 자 한다.
본 논문에서는 실제 직류모터의 입출력 데이터와 RCGA를 이용하여 시스템의 파라미터를 추정하였다. 종래의 제어기와 RCGA를 이용한 PID제어기의 응답을 비교하여 제안한 제어기의 우수성을 검증하였다.
여러 동작점에서 모델링을 해야 하지만 본 시스템의 경우 각 동작점에서의 모델이 크게 변하지 않으므로 입력으로서 u = 0.031+0.42s (0.5t) +0.23s (1.4t)+0.15s (2.5t) 를 사용하여 실험장치와 모델의 출력을 비교하였다. Fig.
외란에 대한 성능을 알아보기 위해 우선 500[rpm]으르 운전 중 4[sec]에서 0.5[V]에 해당하는 부하를 4초간 계단상으로 가 하였다가 8[sec]에서 다시 제거하였다, 다음으로 1000[rpm]으로 운전 중 12[sec]에서 1[V]에 해당하는 부하를 4초간 계단상으 로 제거하였다가 16[sec]에서 다시 부하를 투입해 보았다. Fig.
본 논문에서는 실제 직류모터의 입출력 데이터와 RCGA를 이용하여 시스템의 파라미터를 추정하였다. 종래의 제어기와 RCGA를 이용한 PID제어기의 응답을 비교하여 제안한 제어기의 우수성을 검증하였다. 제안한 제어기는 넓은 회전 수 영역, 외란에 대해 좋은 성능을 보이고 있음을 확인하였다.
대상 데이터
본 논문에서 사용한 실제 실험장치인 Feed back 사의 ''Precision Servo workshop 33-008” 를 간단히 블록화 하면 Fig. 2와 같다.
05 을 사/.하였으며, Kp = 0.625663, K; = 5.477814, Kd = 0.000769 가 선정되었다.
이론/모형
Table 1은 본 논문에서 제안한 제어기 동조기법과 비교하기 위해 현재까지 많이 사용되어 온 Ziegler-Nichols(Z-N)동조법 (Ziegler 외, 1942), Gohen-Coon(C-C)동조법 (Cohen 외. 1953), EVIC(Internal model control)동조법 (Morari 외, 1989), Lopez ITAE(L-ITAE)동조법으로 선정한 PID 제어기의 파라口 터값을 나타낸 것이다.
그러나 탐색공간이 크거 나, 고정밀도의 하가 필요한 경우, 제약조건이 존재할 경우에는 염색체의 길이를 크게 해야 하고 이는 연산부담으로 나타 나며, 경우에 따라서는 탐색을 불가능하게 한다. 따라서 본 논문에서는 이러한 단점을 극복하고 제약조건이 있는 경우에도 적합한 실수코딩 수전알고리즘(RCGA)을 사용한다.
본 논문에서는 직류 모터의 증폭기 앞에서 인가한 전압 u 와 출력인 회전속도의 데이터를 가지고 (4)에서 미지의 파라미터 인 이득 k 와 시 정수 7.를 구하기 위해 Fig. 3과 같이 시스템과 모델을 병렬로 연결한 모델조정기법 (Model adjustment technique)을 사용하며 조정 메카니즘으로는 RCGA가 이용된다. 이때 RCGA는 (5)의 목적함수가 최소값을 갖도록 k 와 7를 주어진 영역에서 탐색한다.
성능/효과
11은 종래에 많이 사용되었던 Z-N 동조법, L-ITAE 동조법과 본 논문에서 제안한 RCGA를 이용한 PID 제어기들의 응답을 비교하여 나타낸 것이다. IMC 제어기와 L-ITAE제어기는 각각 3초와 5초가 지나도 정상상태 에 도달하지 못하는 늦은 응답을 보이고, Z-N제어기는 IMC 제어기와 L-ITAE 제어기에 비해 빠른 응답을 보이나 RCGA 제어기에 비해 느리며 오버슈트가 크다. 제안한 RCGA제어기 는 종래의 여러 제어기에 비해 오버슈트도 없고 빠른 응답을 보이고 있다.
IMC 제어기와 L-ITAE제어기는 각각 3초와 5초가 지나도 정상상태 에 도달하지 못하는 늦은 응답을 보이고, Z-N제어기는 IMC 제어기와 L-ITAE 제어기에 비해 빠른 응답을 보이나 RCGA 제어기에 비해 느리며 오버슈트가 크다. 제안한 RCGA제어기 는 종래의 여러 제어기에 비해 오버슈트도 없고 빠른 응답을 보이고 있다. 본 논문에서 C-C에 의한 제어기의 응답결과는 Table 1과 같이 Z-N에 의한 제어기의 파라미터 값과 비슷하여 생략하였다.
종래의 제어기와 RCGA를 이용한 PID제어기의 응답을 비교하여 제안한 제어기의 우수성을 검증하였다. 제안한 제어기는 넓은 회전 수 영역, 외란에 대해 좋은 성능을 보이고 있음을 확인하였다.
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