Modeling and development of predictive controller for positioning control of electro-hydraulic actuator (EHA) system

• Autorzy: Sulaiman Siti Fatimah , Ngateni Nurul Aini , Osman Khairuddin , Samsudin Sharatul Izah , Sulaiman Noor Asyikin , Sunar Noorhazirah

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.02.36

Warianty tytułu

Modelowanie i rozwój sterownika predykcyjnego do sterowania pozycjonowaniem układu siłownika elektrohydraulicznego (EHA)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An Electro-Hydraulic Actuator (EHA) is a hydraulic system that is commonly used in applications that require high power concentrations, efficient energy dissipation, or exceptionally high forces. The crucial part of this system is to control the position of its cylinder stroke at the desired position. Failure to properly control the position will cause the cylinder stroke position to be inaccurate. This study is proposed for this reason. The scope of this study consists of modeling and controlling the EHA positioning system. In this study, the system identification technique is used to model the EHA system, while predictive controller specifically Predictive Functional Controller (PFC) is proposed as a new strategy to control the position of the EHA system. Both modeling and controlling processes in this study fully utilise MATLAB software. To evaluate the effectiveness of the proposed PFC, the positioning performance of the PFC was compared with the basic controller (Proportional-Integral-Derivative (PID)) in terms of transient response performance. Comparison between the proposed PFC and the classical PID controller based on MATLAB Simulink showed that PFC can be used to control the EHA positioning system, however, the speed response of the system can be improved through certain modifications in the PFC algorithm.

Siłownik elektrohydrauliczny (EHA) to układ hydrauliczny, który jest powszechnie stosowany w aplikacjach wymagających dużej koncentracji mocy, wydajnego rozpraszania energii lub wyjątkowo dużych sił. Kluczową częścią tego systemu jest sterowanie położeniem skoku cylindra w żądanej pozycji. Brak właściwej kontroli pozycji spowoduje, że pozycja skoku cylindra będzie niedokładna. To badanie jest proponowane z tego powodu. Zakres tego badania obejmuje modelowanie i sterowanie systemem pozycjonowania EHA. W tym badaniu do modelowania systemu EHA wykorzystano technikę identyfikacji systemu, podczas gdy sterownik predyktywny, w szczególności Predictive Functional Controller (PFC), został zaproponowany jako nowa strategia kontrolowania pozycji systemu EHA. Zarówno procesy modelowania, jak i sterowania w tym badaniu w pełni wykorzystują oprogramowanie MATLAB. Aby ocenić skuteczność proponowanego PFC, wydajność pozycjonowania PFC została porównana z podstawowym regulatorem (proporcjonalno-całkująco-różniczkującym (PID)) pod względem wydajności odpowiedzi na stany przejściowe. Porównanie proponowanego PFC z klasycznym regulatorem PID opartym na MATLAB Simulink wykazało, że PFC może być wykorzystany do sterowania systemem pozycjonowania EHA, jednak odpowiedź prędkościowa układu może zostać poprawiona poprzez pewne modyfikacje algorytmu PFC.

Słowa kluczowe

EN

hydraulic; system identification; predictive controller; PID controller

PL

hydrauliczny; identyfikacja systemu; kontroler predykcyjny; kontroler PID

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 2
• Strony: 177--181
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sulaiman Siti Fatimah

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0001-8251-8038

autor

Ngateni Nurul Aini

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

autor

Osman Khairuddin

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

autor

Samsudin Sharatul Izah

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

autor

Sulaiman Noor Asyikin

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

autor

Sunar Noorhazirah

• Universiti Teknologi Malaysia, 81310 UTM Johor Bahru, Johor, Malaysia

Bibliografia

• [1] Ishak, N., Kamarudin, A. Z., & Adnan, R. (2021). Tracking control of an electro-hydraulic actuator system using LQR controller. ELEKTRIKA - Journal of Electrical Engineering, 20(2), 8- 13.
• [2] Ling, T. G., Rahmat, M. F., & Husain, A. R. (2012, March). System identification and control of an Electro-Hydraulic Actuator system. In 2012 IEEE 8th International Colloquium on Signal Processing and its Applications (pp. 85-88). IEEE.
• [3] Parvaresh, A., & Mardani, M. (2019). Model predictive control of a hydraulic actuator in torque applying system of a mechanically closed-loop test rig for the helicopter gearbox. Aviation, 23(4), 143- 153.
• [4] Ling, T. G., Rahmat, M. F., & Husain, A. R. (2014). A comparative study of linear ARX and nonlinear ANFIS modeling of an electro-hydraulic actuator system. Jurnal Teknologi, 5, 1-8.
• [5] Ghazali, R., Sam, Y. M., & Rahmat, M. F. A. (2009, November). On-line identification of an electro-hydraulic system using recursive least square. In 2009 IEEE Student Conference on Research and Development (SCOReD) (pp. 471-474). IEEE.
• [6] Rahmat, M. F., Ling, T. G., Husain, A. R., & Jusoff, K. (2011). Accuracy comparison of ARX and ANFIS model of an electro-hydraulic actuator system. International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems, 4(3), 440-453.
• [7] Rahmat, M. F. A., Rozali, S. M., Wahab, N. A., & Jusoff, K. (2010). Modeling and controller design of an electro-hydraulic actuator system. American Journal of Applied Sciences, 7(8), 1100.
• [8] AKCA, T. B., ULU, C., & OBUT, S. (2023). ANFIS Based Inverse Controller Design for Liquid Level Control of a Spherical Tank. Przeglad Elektrotechniczny, 99(2).
• [9] Åström, K. J., & Hägglund, T. (2001). The future of PID control. Control Engineering Practice, 9(11), 1163-1175.
• [10] Essa, M. E. S. M., Aboelela, M. A., & Hassan, M. A. M. (2016). Position control of hydraulic servo system using proportional-integral-derivative controller tuned by some evolutionary techniques. Journal of Vibration and Control, 22(12), 2946-2957.
• [11] Zulfatman & Rahmat, M. F. (2009). Application of self-tuning fuzzy PID controller on industrial hydraulic actuator using system identification approach. International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems, 2(2), 246-261.
• [12] Rozali, S. M., Rahmat, M. F., Wahab, N. A., & Ghazali, R. (2010, December). PID controller design for an industrial hydraulic actuator with servo system. In 2010 IEEE Student Conference on Research and Development (SCOReD) (pp. 218-223). IEEE.
• [13] Alqadasi, M. M. A., Othman, S. M., Rahmat, M. F., & Abdullah, F. (2019). Optimization of PID for industrial electro-hydraulic actuator using PSOGSA. TELKOMNIKA (Telecommunication Computing Electronics and Control), 17(5), 2625-2635.
• [14] Shern, C. M., Ghazali, R., Horng, C. S., Soon, C. C., Too, J., & Sam, Y. M. (2020). Performance Evaluation of EHA System using Weight Aggregation Strategy in MOPSO-PID. Journal of Advanced Research in Applied Mechanics, 73(1), 1-10.
• [15] Ghani, M. F., Ghazali, R., Jaafar, H. I., Soon, C. C., Sam, Y. M., & Has, Z. (2022). Improved third order PID sliding mode controller for electrohydraulic actuator tracking control. Journal of Robotics and Control (JRC), 3(2), 219-226.
• [16] Liang, X. W., & Ismail, Z. H. (2019). System identification and model predictive control using CVXGEN for electro-hydraulic actuator. International Journal of Integrated Engineering, 11(4).
• [17] Seraji, H. (1998). A new class of nonlinear PID controllers with robotic applications. Journal of Robotic Systems, 15(3), 161-181.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).