자동 전압 조절기 시스템을 위한 적응형 분수 제어기 설계: 시그모이드 기반 분수 차수 PID 제어기

초록 전력 시스템의 주요 목적은 소비자에게 안전하고 신뢰할 수 있는 전기 에너지를 제공하는 것입니다. 이 목적은 전력 시스템의 안정성을 유지함으로써 달성되며, 이는 세 가지 뚜렷한 범주로 나눌 수 있는 다면적인 개념입니다. 본 연구의 초점은 이 범주 중 하나인 전압 안정성입니다. 전압 안정성을 유지하는 데 중요한 구성 요소는 동기 발전기의 자동 전압 조절기 (AVR) 시스템입니다. 본 논문에서는 AVR 시스템의 동적 응답과 견고성을 향상시키기 위해 시그모이드 기반 분수 차수 PID (SFOPID)라는 새로운 제어 방법을 도입합니다. 성공적인 최적화 알고리즘인 민들레 최적화기 (DO)를 사용하여 제안된 SFOPID 제어 전략의 매개변수를 최적화합니다. DO-SFOPID 제어 전략의 최적화 과정은 절대 오차의 적분, 제곱 오차의 적분, 시간 절대 오차의 적분, 시간 제곱 오차의 적분과 같은 오류 기반 메트릭 외에 사용자 정의 Zwee Lee Gaing의 메트릭을 포함한 다양한 목표 함수를 포함합니다. AVR 시스템에서 DO-SFOPID 제어 기법의 효과는 시간 영역, 견고성, 주파수 영역, 비선형성 효과 평가와 같은 측면을 포함한 일련의 테스트 및 분석을 통해 엄격히 조사되었습니다. 시뮬레이션 결과는 제안된 DO-SFOPID 제어 기법과 최근 몇 년 동안 상당한 주목을 받은 다양한 메타휴리스틱 알고리즘을 사용하여 조정된 분수 차수 PID (FOPID) 및 시그모이드 기반 PID (SPID) 제어 기법 간의 비교를 보여줍니다. 이러한 비교 분석의 결과, 다른 제어 기법과 관련하여 성능이 향상된 것으로 나타나 DO-SFOPID 제어 기법의 우수성이 입증되었습니다. 또한, 제안된 DO-SFOPID 제어 기법의 성능은 AVR 시스템의 실험 설정 내에서 검증됩니다. 시뮬레이션 결과는 제안된 DO-SFOPID 제어 기법이 안정성과 견고성 측면에서 매우 성공적임을 보여줍니다. 요약하자면, 본 연구는 시뮬레이션 및 실험 결과를 통해 AVR 시스템에서 DO-SFOPID 제어 기법의 효과와 우수성을 뒷받침하는 포괄적인 증거를 제공합니다.