Assessment of IAE and ITAE-Based Objective Functions for PID Controller Tuning in Buck Converters within Space Systems
DOI:
https://doi.org/10.47385/cadunifoa.v19.n54.4898Keywords:
Genetic Algorithm, PID tuning, Buck ConverterAbstract
Precise tuning of PID controller gains is essential for effective system regulation, achieving desired stability criteria, and minimizing errors. Various PID tuning techniques have been explored in literature, but some may yield suboptimal results. In this context, the use of genetic algorithms emerges as a promising approach to enhance PID controller tuning. This study presents the application of this algorithm for tuning the PID parameters of a buck converter, considering different objective functions in the optimization problem description. The results were satisfactory, highlighting the superiority of the optimized PID compared to the PID tuned using the relay method. The most significant finding was that the optimization using the IAE objective function proved to be substantially more effective, showing about a 46% improvement compared to the relay method. This underscores the effectiveness of genetic algorithms in optimizing PID controllers for space systems.
Downloads
References
ÅSTRÖM, K.; HÅGGLUND, T. Automatic tuning of simple regulators with specifications on phase and amplitude margins. Automatica, v. 20, n. 5, p. 645–651, 1984. ISSN 0005-1098. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0005109884900141>. DOI: https://doi.org/10.1016/0005-1098(84)90014-1
ÅSTRÖM, K.; HÅGGLUND, T. The future of pid control. Control Engineering Practice, v. 9, n. 11, p. 1163–1175, 2001. ISSN 0967-0661. PID Control. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967066101000624>. DOI: https://doi.org/10.1016/S0967-0661(01)00062-4
BORIN, L. C. et al. Robust pid controllers optimized by pso algorithm for power converters. In: 2019 IEEE 15th Brazilian Power Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC). [S.l.: s.n.], 2019. p. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP/SPEC44138.2019.9065642
CALVO-ROLLE, J. L. et al. A hybrid intelligent system for pid controller using in a steel rolling process. Expert Systems with Applications, v. 40, n. 13, p. 5188–5196, 2013. ISSN 0957-4174. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0957417413001632>. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2013.03.013
CHANG, K. et al. Numerical study of fuzzy-pid dual-layer coordinated control strategy for high temperature uniformity of space lithium-ion battery pack based on thermoelectric coolers. Journal of Energy Storage, v. 56, p. 105952, 2022. ISSN 2352-152X. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X22019405>. DOI: https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105952
CHEN, J. et al. Large-signal stable composite control for the source dc-dc converter of onboard dc microgrid. Energy Reports, v. 9, p. 229–238, 2023. ISSN 2352-4847. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484722025756>. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.11.186
CHIU, S.-Y.; KIM, K. A. System analysis and design for multiconverter electrical power systems in nanosatellites. IEEE Journal on Miniaturization for Air and Space Systems, v. 4, n. 1, p. 41–53, 2023. DOI: https://doi.org/10.1109/JMASS.2022.3221277
COPANI, G. et al. New metals remanufacturing business models in automotive industry. Procedia CIRP, v. 112, p. 436–441, 2022. ISSN 2212-8271. 15th CIRP Conference on Intelligent Computation in ManufacturingEngineering, 14-16 July 2021. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827122011763>. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.09.033
GOLDBERG, D. E. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. 1st. ed. Boston, MA, USA: Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., 1989. ISBN 0201157675.
IBRAHIM, A. A. et al. Modeling and control of a charge/discharge unit of electric power system for low earth orbit satellites. In: 2019 International Conference on Innovative Trends in Computer Engineering (ITCE). [S.l.: s.n.], 2019. p. 408–413. DOI: https://doi.org/10.1109/ITCE.2019.8646670
ISERMANN, R. Digital Control Systems: Volume 1: Fundamentals, Deterministic Control. 2. ed. [S.l.]: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1989. v. 1. ISBN 978-3-642-86419-3,978-3642-86417-9.
JOSEPH, S. B. et al. Metaheuristic algorithms for pid controller parameters tuning: review, approaches and open problems. Heliyon, v. 8, n. 5, p. e09399, 2022. ISSN 2405-8440. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844022006879>. DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09399
KALAVANI, F. et al. A contemporary review of the applications of nature-inspired algorithms for optimal design of automatic generation control for multi-area power systems. ARTIFICIAL INTELLIGENCE REVIEW, SPRINGER, VAN GODEWIJCKSTRAAT 30, 3311 GZ DORDRECHT, NETHERLANDS, v. 51, n. 2, p. 187–218, FEB 2019. DOI: https://doi.org/10.1007/s10462-017-9561-7
MAGALHÃES, R. O. d.; MOREIRA, H. J. P. Space power topology selection and its system level modeling and control. Journal of Aerospace Technology and Management, v. 12, n. 1, p. e2720, 2020. ISSN 1984-9648. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.5028/jatm.v12.1158>. Acesso em: 14 nov. 2023. DOI: https://doi.org/10.5028/jatm.v12.1158
MATTOS, E. et al. Um procedimento de projeto de controladores pid para conversores cc-cc com validação em hardware-in-the-loop. In: SEMINAR ON POWER ELECTRONICS AND CONTROL (SEPOC 2021), 2021, Santa Maria. Proceedings... 2021. p. –. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.53316/sepoc2021.052>. Acesso em: 30 maio 2023. DOI: https://doi.org/10.53316/sepoc2021.052
OGATA, K. Modern Control Engineering. 5. ed. [S.l.]: Prentice Hall, 2010. (Instrumentation and controls series). ISBN 9780136156734. Citado na página 4.
RODRIGUES, I. P. et al. Modeling satellite battery aging for an operational satellite simulator. Advances in Space Research, v. 67, n. 6, p. 1981–1999, 2021. ISSN 0273-1177. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117720309042>. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.12.031
SEVERNS, R. P.; BLOOM, G. E. Modern DC-to-DC Switchmode Power Converter Circuits. 1st. ed. San Rafael, California, USA: Bloom, 1985. ISBN 0442213964; 9780442213961. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-011-8085-6_1
SOMEFUN, O. A.; AKINGBADE, K.; DAHUNSI, F. The dilemma of pid tuning. Annual Reviews in Control, v. 52, p. 65–74, 2021. ISSN 1367-5788. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1367578821000407>. DOI: https://doi.org/10.1016/j.arcontrol.2021.05.002
XU, D.; ZHANG, D. Chapter 25 - power electronics systems in satellites. In: BLAABJERG, F. (Ed.). Control of Power Electronic Converters and Systems. Academic Press, 2018. p. 369–400. ISBN 978-0-12-816136-4. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128161364000269>. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816136-4.00026-9
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 Cadernos UniFOA
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Declaração de Transferência de Direitos Autorais - Cadernos UniFOA como autor(es) do artigo abaixo intitulado, declaro(amos) que em caso de aceitação do artigo por parte da Revista Cadernos UniFOA, concordo(amos) que os direitos autorais e ele referentes se tornarão propriedade exclusiva desta revista, vedada qualquer produção, total ou parcial, em qualquer outra parte ou meio de divulgação, impressa ou eletrônica, sem que a prévia e necessária autorização seja solicitada e, se obtida, farei(emos) constar o agradecimento à Revista Cadernos UniFOA, e os créditos correspondentes. Declaro(emos) também que este artigo é original na sua forma e conteúdo, não tendo sido publicado em outro periódico, completo ou em parte, e certifico(amos) que não se encontra sob análise em qualquer outro veículo de comunicação científica.
O AUTOR desde já está ciente e de acordo que:
- A obra não poderá ser comercializada e sua contribuição não gerará ônus para a FOA/UniFOA;
- A obra será disponibilizada em formato digital no sítio eletrônico do UniFOA para pesquisas e downloads de forma gratuita;
- Todo o conteúdo é de total responsabilidade dos autores na sua forma e originalidade;
- Todas as imagens utilizadas (fotos, ilustrações, vetores e etc.) devem possuir autorização para uso;
- Que a obra não se encontra sob a análise em qualquer outro veículo de comunicação científica, caso contrário o Autor deverá justificar a submissão à Editora da FOA, que analisará o pedido, podendo ser autorizado ou não.
O AUTOR está ciente e de acordo que tem por obrigação solicitar a autorização expressa dos coautores da obra/artigo, bem como dos professores orientadores antes da submissão do mesmo, se obrigando inclusive a mencioná-los no corpo da obra, sob pena de responder exclusivamente pelos danos causados.
