Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2022 - zeszyt 3

Aircraft Pitch Angle Control Using Pole Placement Approach Based on GA and ABC Optimization Techniques

10.15199/48.2022.03.18

nr katalogowy: 136568
10.15199/48.2022.03.18

Streszczenie

Głównym celem niniejszej pracy jest zaprojektowanie kontrolera rozmieszczenia biegunów do sterowania kątem pochylenia systemu samolotu w oparciu o kilka metod optymalizacji inspirowanych biologią. Początkowo opracowano model matematyczny układu nachylenia samolotu i utworzono go w reprezentacji w przestrzeni stanów. Następnie projektuje się podejście do umieszczania tyczek za pomocą różnych technik optymalizacji, w tym algorytmów genetycznych (GA) i sztucznej kolonii pszczół (ABC), aby znaleźć optymalną wartość macierzy wzmocnienia sprzężenia zwrotnego. Celem jest wybór optymalnych wartości docelowych dla biegunów pętli zamkniętej systemu metodą sprzężenia zwrotnego stanu i umieszczenie ich w każdym docelowym miejscu w dowolnym miejscu w lewej połowie złożonej płaszczyzny, zapewniając stabilność i kontrolę biegunów pętli zamkniętej. Ta praca porównuje również wydajność GA z wydajnością algorytmu ABC w oparciu o różne charakterystyki czasowe odpowiedzi. Skuteczność odpowiedzi układów sterowania została przeanalizowana w celu określenia, które podejście optymalizacyjne przyniesie lepsze wyniki w zakresie kontrolowanego kąta pochylenia. Na podstawie uzyskanych wyników symulacji zauważono, że sterownik układania słupów oparty na ABC wykazał bardziej wydajne wyniki i przewyższał wydajność sterowników układania słupów opartych na GA. (Kontrola kąta pochylenia statku powietrznego przy użyciu podejścia polegającego na umieszczeniu słupa w oparciu o techniki optymalizacji GA i ABC)

Abstract

The main objective of the present work is designing a pole placement controller for pitch angle control of an aircraft system based on several bio-inspired optimization methods. Initially, a mathematical model of an aircraft pitch system has been derived and formed in state space representation. Then, pole placement approach is designed with the aid of different optimization techniques, including Genetic Algorithms (GA) and Artificial Bee Colony (ABC), to find an optimal value for the feedback gain matrix. The goal is to choose an optimal target values for the closed loop poles of the system by state feedback method and place them at every targeted location anywhere in the left-half of the complex plane ensuring that the closed-loop poles are stable and controllable. This work also compares the performance of GA with that of ABC algorithm based on different time response characteristics. The efficiency of the control systems responses has been analyzed for the sake of deciding which optimization approach will produce better results concerning the controlled pitch angle. Based on the obtained simulation results, it has been noted that ABC based pole placement controller exhibited more efficient results and overweigh the performance of pole placement controllers based on GA.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] P . B. Kumar and P . Sujatha, "QFT Robust Controller Design for Aircraft Pitch Control," International Journal of Engineering and Management Research (IJEMR), vol. 7, no. 3, pp. 399-405, 2017.
[2] M. A. Usta, Ö. Akyazi, and A. S. Akpinar, "Aircraft roll control system using LQR and fuzzy logic controller," in 2011 International Symposium on Innovations in Intelligent Systems and Applications, 2011: IEEE, pp. 223-227.
[3] L. R. Ribeiro and N. M. F. Oliveira, "UAV autopilot controllers test platform using Matlab/Simulink and X-Plane," in 2010 IEEE Frontiers in Education Conference (FIE), 2010: IEEE, pp. S2H- 1-S2H-6.
[4] N. Wahid and M. F. a. Rahmat, "Pitch control system using LQR and Fuzzy Logic Controller," in 2010 IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications (ISIEA), 2010: IEEE, pp. 389-394.
[5] P. Boskoski, B. Mileva, and S. Deskoski, "Auto landing using fuzzy logic," in 6th International PhD Workshop on Systems and Control, 2005.
[6] D. Choe, Y. Lee, and S. Cho, "Nonlinear Pitch Autopilot Design with Local Lines Linear System Analysis," in International Conference on Automatic Control and Systems Engineering, 2005.
[7] N.Hasan,"Design and analysis of pole-placement controller for interconnected power systems," Int J Emerg Technol Adv Eng, vol. 2, no. 8, pp. 212-217, 2012.
[8] S. Eshtehardiha, A. Kiyoumarsi, and M. Ataei, "Optimizing LQR and pole placement to control buck converter by genetic algorithm," in 2007 International Conference on Control, Automation and Systems, 2007: IEEE, pp. 2195-2200.
[9] Y. Lan and M. Fei, "Design of state-feedback controller by pole placement for a coupled set of inverted pendulums," in IEEE 2011 10th International Conference on Electronic Measurement & Instruments, 2011, vol. 3: IEEE, pp. 69-73.
[10]Q. Zhu and L. Guo, "A pole placement controller for non-linear dynamic plants," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, vol. 216, no. 6, pp. 467-476, 2002.
[11]S. Datta, D. Chakraborty, and B. Chaudhuri, "Partial pole placement with controller optimization," IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 57, no. 4, pp. 1051-1056, 2012.
[12] J. Ohri, "GA tuned LQR and PID controller for aircraft pitch control," in 2014 IEEE 6th India International Conference on Power Electronics (IICPE), 2014: IEEE, pp. 1-6.
[13]L. Ding, H. Wu, and Y. Yao, "Chaotic artificial bee colony algorithm for system identification of a small-scale unmanned helicopter," International Journal of Aerospace Engineering, vol. 2015, 2015.
[14]D. Karaboga and B. Basturk, "On the performance of artificial bee colony (ABC) algorithm," Applied soft computing, vol. 8, no. 1, pp. 687-697, 2008.
[15]D. Karaboga and B. Akay, "A comparative study of artificial bee colony algorithm," Applied mathematics and computation, vol. 214, no. 1, pp. 108-132, 2009.
[16]L. Chrif and Z. M. Kadda, "Aircraft control system using LQG and LQR controller with optimal estimation-Kalman filter design," Procedia Engineering, vol. 80, pp. 245-257, 2014.
[17]N. Mariun, S. A. Zulkifli, H. Hizam, and N. Wahab, "Design and Simulation of Pole Placement Controller for D–STATCOM in Power Quality Problems Mitigation," WSEAS Transactions on Systems, vol. 4, no. 8, pp. 1298-1305, 2005.
[18]S. I. Khather, M. Almaged, and A. I. Abdullah, "Fractional order based on genetic algorithm PID controller for controlling the speed of DC motors," International Journal of Engineering & Technology, vol. 7, no. 4, pp. 5386-5392, 2018.
[19]M. Jaiswal and M. Phadnis, "Speed control of DC motor using genetic algorithm based PID controller," International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, vol. 3, no. 7, 2013.
[20] D. Karaboga and B. Basturk, "Artificial bee colony (ABC) optimization algorithm for solving constrained optimization problems," in International fuzzy systems association world congress, 2007: Springer, pp. 789-798.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2022-3 , nr katalogowy 136568 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2022-3 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	58.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2022-3

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma