Tổng hợp bộ điều khiển PSO-PIDA thích nghi tham số với thuật toán tối ưu bầy đàn cho hệ điều khiển chân kích thủy lực
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.208.2025.40-48Từ khóa:
Chấp hành điện - thủy lực; Tối ưu PSO; Điều khiển PIDA; Van tỉ lệ; Điều khiển phi tuyến.Tóm tắt
Bài báo trình bày thiết kế bộ điều khiển PSO-PIDA cho hệ chấp hành điện - thủy lực sử dụng van tỉ lệ, được cấp áp suất ổn định từ nguồn thủy lực độc lập. Mô hình toán học của hệ được xây dựng từ các nguyên lý vật lý cơ bản, bao gồm động học van, độ nén của dầu và chuyển động piston, dẫn đến hàm truyền bậc ba đặc trưng cho hệ. Thuật toán Particle Swarm Optimization (PSO) được sử dụng để xác định tối ưu các hệ số của bộ điều khiển PIDA nhằm cực tiểu hóa chỉ tiêu chất lượng tổng hợp theo miền thời gian. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ PSO-PIDA cải thiện rõ rệt đáp ứng quá độ, giảm độ quá điều chỉnh và tăng ổn định áp suất so với các bộ điều khiển ZN-PID và PSO-PID. Các hệ số điều khiển có giá trị lớn phản ánh khả năng bù gia tốc của bộ điều khiển, giúp rút ngắn thời gian xác lập và tăng độ chính xác mặc dù biên độ điều khiển tăng. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của bộ điều khiển PSO-PIDA, làm cơ sở cho các thử nghiệm thực nghiệm tiếp theo.
Tài liệu tham khảo
[1]. Seul Jung, Richard C. Dorf, “Analytic PIDA Controller Design Technique for a Third Order System”, Proceedings of the 35th Conference on Decision and Control, pp. 1–6, (1996).
[2]. Ukakimaparn, P., Pannil, P., Boonchuay, P., Trisuwannawat, T., “PIDA Controller Designed by Kitti’s Method”, Proceedings of the 2009 ICCAS-SICE, pp. 1547–1550, (2009).
[3]. Mohamed Issa, Ahmed Abd Elbaset, Aboul Ella Hassanien, Ibrahim Ziedan, “PID Controller Tuning Parameters Using Meta-Heuristics Algorithms: Comparative Analysis”, Machine Learning Paradigms: Theory and Application, Springer Nature Switzerland AG, pp. 413–430, (2019).
[4]. Nguyen Trong Khuyen, Cao Tien Le, Cao Duc Sang, Vu Hai Ha, Ho Si Duong, Nguyen Duc Manh, Quach The Dung, “Ứng dụng giải thuật di truyền cho điều khiển cân bằng hệ thống thủy lực trên xe chuyên dụng”, Journal of Military Science and Technology, Vol. 88, pp. 42–50, (2023) (in Vietnamese).
[5]. Wei-Der Chang, Shun-Peng Shih, “PID controller design of nonlinear systems using an improved particle swarm optimization approach”, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 15, No. 12, pp. 3632–3639, (2010).
[6]. Rania Hassan, Babak Cohanim, Olivier de Weck, Gerhard Venter, “A comparison of particle swarm optimization and the genetic algorithm”, Proceedings of the AIAA/ASME/ASCE/ASH/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, pp. 1–13, (2005).
[7]. Kiam Heong Ang, Gregory Chong, “PID Control System Analysis, Design, and Technology”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 13, No. 4, pp. 559–576, (2005).
[8]. H. Ramezanian, S. Balochian, “Optimal Design of a Fractional-Order PID Controller Using Particle Swarm Optimization Algorithm”, International Journal of Control and Automation, Vol. 6, No. 1, pp. 55–67, (2013).
[9]. Wang, J., Li, X., “Improved PSO–PID control for electro-hydraulic servo systems”, IEEE Access, Vol. 9, pp. 13124–13136, (2021).
[10]. Rajasekharan Unnithan, A. R., Subramaniam, S. K., Gunasekaran, K., “Improved particle swarm optimisation tuned PID position control of voice coil semi-active electrohydraulic damper”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 238, No. 10, pp. 4270–4282, (2023).
[11]. Skarpetis, M. G., Kouvakas, N. D., Koumboulis, F. N., Tsoukalas, M., “PSO-Based Robust Control of SISO Systems with Application to a Hydraulic Inverted Pendulum”, Eng, Vol. 6, Article 146, (2025).
[12]. Guo, Y.-Q., Zha, X.-M., Shen, Y.-Y., Wang, Y.-N., Chen, G., “Research on PID Position Control of a Hydraulic Servo System Based on Kalman Genetic Optimization”, Actuators, Vol. 11, Article 162, (2022).
[13]. Chai Mau Shern, Rozaimi Ghazali, Chong Shin Horng, Chong Chee Soon, Hazriq Izzuan Jaafar, “Optimization Techniques in PID Controller on a Nonlinear Electro-Hydraulic Actuator System”, Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, Vol. 56, No. 2, pp. 296–303, (2019).
[14]. Wen-sheng Xiao, Guang-xin Li, Chao Liu, Li-ping Tan, “Improved Particle Swarm Optimization for Solving PID Control of Electro-Hydraulic Servo System”, Biomedical Journal of Scientific & Technical Research, Vol. 51, No. 2, Article ID 008066, (2023).
