تنظیم کنترلگر PID با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای کنترل تراز آب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده کشاورزی، گروه سازه‌های آبی، تهران، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی سازه‌های آبی دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

اهمیت تحویل و توزیع آب در شبکه­های آبیاری منجر به استفاده از سیستم­های دقیق­تری در نظارت و کنترل آب شده است. یکی از متداولترین سیستم­های کنترل خودکار، سیستم تناسبی – تجمعی- تفاضلی (PID) است که طراحی واجرای موفق این کنترل­کننده به تنظیم ضرایب کنترلی آن وابسته است. در این تحقیق از الگوریتم ژنتیک در بهینه­یابی ضرایب این کنترل­گر برای کنترل تراز آب استفاده شده است، برای این منظور مدل مربوط به آن تهیه و با مدل هیدرودینامیک ICSS تلفیق گردید. روند بهینه­سازی این ضرایب برای سیستم کنترل خودکار سرریز لولایی در کانال شماره دو ASCE مورد آزمون قرار گرفت، تابع هدف الگوریتم ژنتیک در این تحقیق، متشکل از شاخص­های ارزیابی MAE ، IAE و فرم بی­بعد SRT بوده است. نتایج حاصله از ضرایب بهینه به­دست آمده با ضرایب حاصله از آزمون و خطا در تحقیق مشابه در کانال، سازه و گزینه بهره­برداری، مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد کلیه شاخص­ها در ضرایب بهینه شده بهبود یافته­اند و الگوریتم ژنتیک در تنظیم کنترل­گرPID  مناسب عمل کرده است. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

PID Controller Tuning Using Genetic Algorithms to Control the Water Level

نویسندگان [English]

  • Sara Jamali 1
  • Mohammad Javad Monem 2
1 M. Sc. Graduate of Tarbiat Modares University., Faculty of Agriculture, Water Structure Engineering Department., Tehran., Iran
2 Associate Professor, Department of Water Structure Engineering, Tarbiat Modares University., Tehran., Iran
چکیده [English]

Importance of water delivery and distribution leads to use more accurate systems for water monitoring and controlling. The proportional–integral–derivative (PID) control system is one of the most prevalent control systems that its successful design and implementation depend on control coefficients tuning rules. In this study, Genetic Algorithm has been used to optimize the coefficients of the PID control to control water level; so its model has developed and linked with ICSS Hydrodynamic model. The optimization process was applied on the pivot gate in ASCE test case 2. The objective function of the GA consists of three performance indexes of MAE, IAE and dimensionless form of SRT. The results of optimized coefficients were compared with the trial and error coefficients in study which was alike in canal, structure and operation scenario. The results show that all of the indexes have been improved generally and Genetic Algorithm functioned properly in PID tuning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • PID Controller
  • Pivot weir
  • Evaluation indexes
  • Genetic algorithm
  • irrigation canal
  • ICSS model
حسین زاده،ز. 1387.طراحی و تهیه مدل ریاضی و فیزیکی سرریز لولایی خودکار و آزمون سیستم اتوماسیون آن. پایان نامه کارشناسی ارشد، گروه سازه های آبی، دانشگاه تربیت مدرس.

شاهوردی،ک.، منعم،م.ج. 1389. ساخت و آزمون سامانه کنترل خودکار PID برای کانالهای آبیاری در مقیاس آزمایشگاهی. مجله هیدرولیک، جلد 5، شماره 2، ص 75-65.

محمدیان،ح.، جوادی،ش و اکبری،ش. 1389. تنظیم پارامترهای کنترل­گر PID با استفاده از الگوریتم ژنتیک و مقایسه آن با روشهای دیگر. اولین همایش منطقه­ای مهندسی برق.

منعم،م.ج.، مساح،ع. 1382. تهیه مدل ریاضی سازه هیدرولیکی آمیل. چهارمین کنفرانس هیدرولیک ایران، شیراز.

Baume,J.P., Malaterre,P.O and Sau,J. 1999. Tuning of PI controllers for an irrigation canal using optimization tool, In Proc. of the USCID Workshop, 483-500.

Chaínho,J., Pereira,P., Rafael,Sand Pires,A.J. 2005. A Simple PID Controller with Adaptive Parameter in a DSPIC; Case of Study, 9CHLIE - 9th Spanish Portuguese.

Clemmens,A.J., Kacerek,T.F., Grawitz,B and Schuurmans,W. 1998. Test Cases for Canal Control Algorithms, Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 124(1): 23-29.

Domingues,J., Valerio,D and da Costa,J.S. 2011. Rule-based fractional control of an irrigation canal, Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, April,vol.6, ISSN: 2. 5 Pages.

Hoseinzade

Litrico,X., Malaterre,P.O., Baume,J.P., Vion,P.Y and Ribot-Bruno,J. 2007. Automatic Tuning of Controller for an Irrigation Canal Pool, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, P.27-37.

Monem,M. J., Hoseinzade,Z. 2011. Construction and Evaluation of Automatic Pivot Weir Control System, Proceedings of ICID 21st International Congress on Irrigation and Drainage, 16-23 October, Tehran, Iran, PP. 7-21.

Rijo,M. and Arranja,C. 2005. Hydraulic Performance of a Downstream Controlled Irrigation Canal Equipped with Different Offtake Types, Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal, Vol.7, ISSN: 1682-1130.

Van Overloop,P.J., Schuurmans,J., Brouwer,R and Burt,C.M.  2005. Multiple-Model Optimization of Proportional Integral Controllers on Canals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 131(2): 190-196.