Fractionalized PID control in multi-model approach: a new tool for detection and diagnosis faults of dc motor

• Autorzy: Bensafia Yassine , Boukra Tahar , Khettab Khatir

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.06.09

Warianty tytułu

PL

Ułamkowa regulacja PID w podejściu wielomodelowym: nowe narzędzie do wykrywania i diagnozowania usterek silnika prądu stałego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A new approach for the detection and diagnosis of faults DC-motor using the fractionalized PID in multi-model controllers is presented in this paper. We propose to use the hysteresis algorithm switching law which allows adapting these regulators to the plant model in real time. Eight models corresponding to the healthy motor and seven faults were considered. Thus, a bank of eight controllers was designed by using an fractionalized controller. To detect and identify a fault, the response of the DC-motor is compared with each of response model and the supervisors select the adequate controller corresponding to the minimal index of the performance. A simulation results illustrates the efficiency of the proposed control approach ( Fractionalized PID) comparing with integer and fractional PID controllers. This approach can also be generalized to others fractional and integer systems in order to improve their performances and noise rejection.

PL

W artykule przedstawiono nowe podejście do wykrywania i diagnozowania usterek silnika prądu stałego z wykorzystaniem frakcjonowanego PID w regulatorach wielomodelowych. Proponujemy zastosowanie prawa przełączania algorytmu histerezy, które pozwala na dostosowanie tych regulatorów do modelu instalacji w czasie rzeczywistym. Rozważono osiem modeli odpowiadających zdrowemu silnikowi i siedem usterek. W ten sposób zaprojektowano bank ośmiu kontrolerów przy użyciu kontrolera podzielonego na części. Aby wykryć i zidentyfikować uszkodzenie, odpowiedź silnika prądu stałego jest porównywana z każdym z modeli odpowiedzi, a nadzorcy wybierają odpowiedni sterownik odpowiadający minimalnemu wskaźnikowi wydajności. Wyniki symulacji ilustrują efektywność proponowanego podejścia do regulacji (frakcjonowany PID) w porównaniu z regulatorami całkowitoliczbowymi i ułamkowymi PID. To podejście można również uogólnić na inne systemy ułamkowe i całkowite w celu poprawy ich wydajności i tłumienia szumów.

Słowa kluczowe

EN

fractional multi-models control; diagnosis of fault; detection of fault; supervision; large model variation; magnet DC-Motor

PL

ułamkowe sterowanie wieloma modelam; diagnozowanie usterek; wykrywanie usterek; nadzór; duży model zmienności

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 6
• Strony: 45--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bensafia Yassine

• Electrical Engineering Department, University of Bouira - Algeria

• https://orcid.org/0000-0003-1760-3636

autor

Boukra Tahar

• Electrotechnical Laboratory LES, Electrical Engineering Department, University of Skikda - Algeria

• https://orcid.org/0000-0003-3663-2854

autor

Khettab Khatir

• GE laboratory, Electrical Engineering Department, Mohamed Boudiaf University of M’sila - Algeria

• https://orcid.org/0000-0003-2985-0466

Bibliografia

• [1] Khettab . K , Ladaci . S, Bensafia . Y, “ Fuzzy adaptive control of fractional order chaotic systems with unknown control gain sign using a fractional order Nussbaum gain ”, In: IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica, vol. 4(2), (2019), 1-8.
• [2] Maciej . S, “ Another Approach to the Fractional Order Derivatives, Przegląd Elektrotechniczny, 91 (2015),nr. 2, 153-156.
• [3] Bhatt. R., Parmar .G , Gupta .R, Sikander. A, “Application of stochastic fractal search in approximation and control of LTI systems,” In: Microsyst. Technol. Vol.25,( 2019), 105-114.
• [4] Wang .F. S, Juang. W. S, Chan. C. T, “ Optimal tuning of PID controllers for single and cascade control loops”, Chemical Engineering Communications, 132 , (1995),15-34.
• [5] Liu. X. Q. and Zhang. H. Y, “ Fault detection and Diagnosis of permanent- Magnet DC-Motor based on parameter estimation and neural network " , In: IEEE Transaction on industrial electronics, Vol.47, (2000) , nr. 5, 1021-1030.
• [6] Bensafia .Y, Khettab .K , Idir. H, “ An Improved Robust Fractionalized PID Controller for a Class of Fractional-Order Systems with Measurement Noise ”, International Journal of Intelligent Engineering and Systems, Vol.25, (2018) ,nr. 2 , 200-207.
• [7] Bensafia .Y, Khettab .K , Ladaci. S, “Robust DC-Motor SpeedControl Using a Fractional Adaptive PIα Regulator”, International Journal Digital Signals and Smart Systems, Vol. 1, (2017), nr.2 , 129-142.
• [8] Morse. S, Mayneand. D. Q, Goodwin. G. C, “Application of Hysteresis Switching in Parameter adaptive Control,” IEEE Transaction on Automatic Control, vol.37(9), (1992), 1343-1354.
• [9] Poulsen, S. , Andersen, M. A .E, “ Hysteresis Controller with Constant Switching Frequency ”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 51, (2005), nr. 2,688-693.
• [10] Anderson. D. O, Brinsmead. T, Liberzon. D. and Morse. A. S, “Multiple model adaptive control with safe switching”, Int. J. Adapt. Control Signal Process, Vol. 15,(2001), 445-470.
• [11] Boukra. T, Bensafia. Y, Khettab. K , “Contribution in Enhancing the Remaining Useful Life Prediction in Abrupt Failures: Bearing Case”, International Journal of Intelligent Engineering and Systems, Vol.12, (2019), nr.3, 156-165.
• [12] Djouambi . A, Charef . A , Voda Besançon . A , “ Fractional Order Robust Control Based on Bodes Ideal Transfer Function”, RS-JESA, vol. 42, Fractional order systems, (2008), 999-1014.
• [13] Oustaloup . A, Levron .F, Mathieu . B and Nanot . F, “ Frequency-Band Complex Non integer Differentiator: Characterization and Synthesis”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I, vol.47, n°1, (2000), 25-39.
• [14] Antonina MALYUSHEVSKAYA, Anna YUSHCHISHINA, Olena MITRYASOVA, Volodymyr POHREBENNYK , Ivan SALAMON, “ Optimization of Extraction Processes of Water-Soluble Polysaccharides under the Electric Field Action”, Przegląd Elektrotechniczny, 97(2021), nr. 12, 73-76.