Processing may take a few seconds...

Dissertation

Title

Application of Selected Optimization Algorithms for Anti-Windup Compensation and Synthesis of Fractional-Order Controllers

Authors

Promoter

[ 1 ] Instytut Robotyki i Inteligencji Maszynowej, Wydział Automatyki, Robotyki i Elektrotechniki, Politechnika Poznańska | [ P ] employee

Supporting promoter

[ 1 ] Instytut Robotyki i Inteligencji Maszynowej, Wydział Automatyki, Robotyki i Elektrotechniki, Politechnika Poznańska | [ P ] employee

Reviewers

Title variant

PL Zastosowanie wybranych algorytmów optymalizacji do kompensacji zjawiska windup i syntezy regulatora rzędu ułamkowego

Language

english

Keywords
EN
  • fractional-order controller
  • anti-windup compensators
  • LMI
  • golden-section search
PL
  • regulator rzędu ułamkowego
  • kompensatory windup
  • LMI
  • metoda złotego podziału
Abstract

EN In the following doctoral dissertation, the author has presented the implementation of optimization algorithms for systems with a fractional-order controller and compensators of the windup phenomenon. At first author states the reason behind the analysis of such systems and describes current approaches in scientific articles. A short historical outline of the fractional-order systems and the theorems of Hermite-Biehler and Pontryagin have been presented, on which the author based the method of selecting parameters of the controller. The dissertation also describes the most popular methods of approximation of fractional-order transfer function, namely Oustaloup Recursive Approximation (ORA), Carlson, Matsuda and Continued Fraction Expansion (CFE). Especially the first one (ORA) is important from the point of view of the doctoral dissertation, because this approximation is used as a toolbox to the MATLAB software FOMCON, which the author has used in both simulations and experiments. The Experiments have been conducted on the real-world setup which is the Inteco Modular Servo system, which is also described in this dissertation. The analysis of non-integer order systems from the comparison of the controller of the integer order PD or PI with controllers of the fractional-order FOPD and FOPI was started in this dissertation. Next, the influence of the windup phenomenon on the PI or FOPI system has been investigated and four methods of compensating the windup phenomenon have been proposed. The analysis is based on simulations and experiments, both the stability surface for specific values of μ or λ and the tracking performance based on the quality indices IAE and ISE were presented. The final stage of the dissertation is the introduction of optimization algorithms for non-integer order systems. Two methods have been proposed, the first is the golden-search method, while the second is Linear Matrix Inequalities (LMI). The results presented again were based on both simulations and experiments. In the last chapter of the dissertation, the conclusions from the analysis and further suggestions and possible research paths were presented.

PL W poniższej rozprawie doktorskiej autor zaprezentował implementację algorytmów optymalizacji dla układów z regulatorem niecałkowitego rzędu oraz kompensatorami zjawiska windup. Na wstępnie autor przedstawia dlaczego chce analizować tego typu układy oraz obecne podejścia w artykułach naukowych. W pracy zaprezentowano krotki rys historyczny odnośnie układów rzędu niecałkowitego oraz twierdzenia Hermite-Biehlera oraz Pontryagina, na których autor opierał sposób doboru parametrów regulatora. W rozprawie przedstawiono również najpopularniejsze metody aproksymacji transmitancji niecałkowitego rzędu, czyli Oustaloup Recursive Approximation (ORA), Carlsona, Matsudy oraz Continued Fraction Expansion (CFE). Szczególnie ten pierwszy, czyli (ORA) jest istotny z punktu widzenia rozprawy doktorskiej, ponieważ aproksymacja ta jest wykorzystywana w dodatku do oprogramowania MATLAB o nazwie FOMCON, z ktorego autor korzysta zarówno w symulacjach jak i eksperymentach. Eksperymenty zostały wykonane na obiekcie rzeczywistym jakim jest Inteco Modular Servo system, który również został opisany w niniejszej rozprawie. W pracy rozpoczęto analizę układów rzędu niecałkowitego od porównania regulatora rzędu całkowitego PD lub PI z regulatorami rzędu niecałkowitego FOPD oraz FOPI. Następnie zaprezentowano wpływ zjawiska windup na układ z regulatorem PI lub FOPI oraz zaproponowano cztery metody kompensacji zjawiska windup. Analiza została oparta na symulacjach oraz eksperymentach, zaprezentowano zarówno powierzchni stabilności dla konkretnych wartości μ lub λ oraz jakość śledzenia w oparciu o wskaźniki jakości IAE oraz ISE. Ostatnim etapem rozprawy jest wprowadzenie algorytmów optymalizacji dla układów rzędu niecałkowitego. Zaproponowano dwie metody, pierwsze to metoda złotego podziału, natomiast druga to liniowe nierówności macierzowe (LMI). Ponownie zaprezentowane wyniki oparte są zarówno na symulacjach oraz eksperymentach. W ostatnim rozdziale rozprawy zaprezentowano wnioski z analizy oraz dalsze sugestie i możliwe drogi badań.

Number of pages

128

OECD domain

electrical engineering, electronics, computer engineering

KBN discipline

automation and robotics

Signature of printed version

DrOIN 2063

On-line catalog

to2020500432

Full text of dissertation

Download file

Access level to full text

public

First review

Krzysztof Latawiec

Place

Opole, Polska

Date

20.01.2020

Language

polish

Review text

Download file

Access level to review text

public

Second review

Piotr Ostalczyk

Place

Łódź, Polska

Date

02.12.2019

Language

polish

Review text

Download file

Access level to review text

public

Dissertation status

dissertation

Place of defense

Poznań, Polska

Date of defense

18.05.2020

Unit granting title

Rada Dyscypliny Automatyka, Elektronika i Elektrotechnika Politechniki Poznańskiej

Obtained title

doktor nauk inżynieryjno-technicznych w dyscyplinie: automatyka, elektronika i elektrotechnika

This website uses cookies to remember the authenticated session of the user. For more information, read about Cookies and Privacy Policy.