SO SÁNH BỘ ĐIỀU KHIỂN GA-PID VÀ FUZZY-PID ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH MỨC CHẤT LỎNG | Thành | TNU Journal of Science and Technology

SO SÁNH BỘ ĐIỀU KHIỂN GA-PID VÀ FUZZY-PID ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH MỨC CHẤT LỎNG

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 28/04/25                Ngày hoàn thiện: 17/10/25                Ngày đăng: 20/10/25

Các tác giả

1. Lê Minh Thành Email to author, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long
2. Nguyễn Tấn Nó, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long
3. Lương Hoài Thương, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long
4. Lê Tiến Đạt, Trường Đại học Cửu Long
5. Nguyễn Chí Ngôn, Đại học Cần Thơ

Tóm tắt


Trong các ngành như sản xuất giấy, năng lượng, hóa chất, xử lý nước hay lọc dầu, việc điều chỉnh và duy trì ổn định mực nước cũng như lưu lượng nước đòi hỏi độ chính xác rất cao. Chỉ khi đảm bảo được các yếu tố trên, quy trình sản xuất mới đạt hiệu quả tối ưu. Do đó, thách thức đặt ra là phải kiểm soát lưu lượng nước một cách chính xác nhằm duy trì sự ổn định của mức chất lỏng. Bài báo này đề xuất hai bộ điều khiển GA-PID và FUZZY-PID, được sử dụng để thử nghiệm điều khiển thời gian thực trên hệ thống bồn chứa nước và ổn định lưu lượng chất lỏng, so sánh với các yêu cầu ứng dụng thực tế. Các thuật toán GA-PID và FUZZY-PID được thiết kế để điều khiển ổn định mức chất lỏng, kết hợp các ưu điểm của thuật toán Fuzzy và PID; đồng thời, so sánh với các thuật toán di truyền, để phân tích và đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của hai bộ điều khiển. Kết quả mô phỏng trên MATLAB/Simulink và thực nghiệm hai bộ điều khiển đề xuất trên vi điều khiển Arduino Mega để ổn định mức chất lỏng với thời gian tăng khoảng 48 giây và sai số chỉ 0,2 giây phù hợp cho các ứng dụng nhỏ, linh hoạt, tiết kiệm, có thể tùy chỉnh áp dụng dễ dàng trong các hệ thống xử lý nước hay sản xuất giấy trong các nhà máy vừa và nhỏ.

Từ khóa


PID; FUZZY-PID; GA-PID; Điều khiển rời rạc; Điều khiển mức

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo


[1] P. K. Juneja, S. K. Sunori, A. Sharma, A. Sharma, H. Pathak, V. Joshi, and P. Bhasin, "A Review on Control System Applications in Industrial Processes," IOP Confer. Series: Materials Science and Eng., vol. 1022, 2021, Art. no. 012010.

[2] J. G. Ziegler and N. B. Nichols, "Optimum Settings for Automatic Controllers," Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol. 115, no. 2B, pp. 220-222, 1993.

[3] F. Long, Y. Yao, Y. Zhou, and J. He, "Simulation Analysis of Three-Tank Water Tank Level Control System Based on Improved PSO-Fuzzy PID," 2024 5th International Seminar on Artificial Intelligence, Networking and Information Technology (AINIT), Nanjing, China, 2024, pp. 1833-1837.

[4] B. N. Getu and H. A. Attia, "Automatic Water Level Sensor and Controller System," International Conference on Electronic Devices, Systems and Applications, vol. 119, pp. 1-10, 2016.

[5] L. Chen, C. Wang, Y. Yu, and Y. Zhao, "The research on boiler drum water level control system based on self-adaptive fuzzy-PID," Chinese Control and Decision Conference, 2010, pp. 82-84.

[6] Z. Muhammad, S. H. A. Dziauddin, S. A. Hamid, and N. A. M. Leh, "Water Level Control in Boiler System Using Self-tuning Fuzzy PID Controller," 2023 IEEE 13th International Conference on Control System, Computing and Engineering (ICCSCE), Penang, Malaysia, vol. 9, pp. 232-237, 2023.

[7] M. A. -M. Mohammad, A. Al-Mbaideen, A. I. Al-Odienat, K. M. Alawasa, and S. F. Al-Gharaibeh, "An Optimal Nonlinear Type-2 Fuzzy FOPID Control Design Based on Integral Performance Criteria Using FSM," IEEE Access, vol. 11, pp. 53439 -53467, 2023.

[8] W. A. Shutnan et al., "Modeling and Control of a 3DOF Robot Manipulator Using Artificial Fuzzy-Immune FOPID Controller," IEEE Access, vol. 12, pp. 153074-153088, 2024.

[9] S. Wang, H. Liang, Y. Xia, and G. Wang, "Leveling Strategy of Active Hydraulic Suspension System Based on GA-PID Controllers," 2022 IEEE 2nd International Conference on Data Science and Computer Application (ICDSCA), Dalian, China, 2022, pp. 1043-1048.

[10] G. L. Hailu and T. T. Yetayew, "A Comparative Evaluation of GA and PSO Tuned PID Controllers for the Quadruple Tank System," 2024 International Conference on Information and Communication Technology for Development for Africa (ICT4DA), Bahir Dar, Ethiopia, 2024, pp. 7-12.

[11] N. W. Madebo, "Enhancing Intelligent Control Strategies for UAVs: A Comparative Analysis of Fuzzy Logic, Fuzzy PID, and GA-Optimized Fuzzy PID Controllers," IEEE Access, vol. 13, pp. 48-63, 2025.

[12] C. Illes, G. N. Popa, and I. Filip, "Water Level Control System Using PLC and Wireless Sensors," International Conference on Computational Cybernetics, 2013, pp. 195-199.

[13] E. Susanto and A. S. Wibowo, "Design and Implementation of Water Level Control Using Gain Scheduling PID Back Calculation Integrator Anti Windup," International Conference on Control, Electronics, Renewable Energy and Communications, 2016, pp. 101-104.

[14] M. T. Vo, P. L. Nguyen, and V. D. H. Nguyen, "Single water level control using discrete PID controller," Dong Thap University Journal of Science, no. 40, pp. 77-82, 2019.

[15] M. A. Johnson and M. H. Moradi, "Chapter 8,” in PID Control - New Identification and Design Methods, Springer-Verlag London Limited, 2005, pp. 297-337.

[16] A. Leva, C. Cox, and A. Ruano, "Hands-on PID autotuning: a guide to better utilization," IFAC. Professional Brief, 2002, pp. 92-98.

[17] K. J. Åström and T. Hägglund, Automatic Tuning of PID Controllers, Instrument Society of America, Research Triangle Park, NC, 1998, pp. 72-78.

[18] F. C. Liu, L. H. Liang, and J. J. Gao, "Fuzzy PID Control of Space Manipulator for Both Ground Alignment and Space Applications," Int. J. Autom. Comput, vol. 11, pp. 353–360, 2014.

[19] D. Acharya and D. K. Das, "Human Conception Optimizer-Based Optimal Type-2 Fuzzy PID Controller Design for Artificial Respiratory System," in IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics Systems, vol. 54, no. 9, pp. 5388-5399, Sept. 2024.

[20] M. Namazov, "DC motor position control using fuzzy proportional-derivative controllers with different defuzzification methods," An Official Journal of Turkish Fuzzy Systems Association, vol. 1, no.1, pp. 36-54, 2010.

[21] R. Tipsuwanpom, T. Runghimmawan, S. Intajag, and V. Krongratana, "Fuzzy logic PID controller based on FPGA for process control," 2004 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Ajaccio, France, vol. 2, pp. 1495-1500, 2004.

[22] C. N. Nguyen, "PID Controller Optimization using Genetic Algorithm," Can Tho University Journal of Science, vol. 9, pp. 241-248, 2008.

[23] L. A. Yusuf and N. Magaji, "GA-PID controller for position control of inverted pendulum," 2014 IEEE 6th International Conference on Adaptive Science & Technology, Ota, Nigeria, vol. 2, pp. 1-5, 2014.

[24] R. Sharma, K. P. S. Rana, and V. Kumar, "Statistical analysis of GA based PID controller optimization for robotic manipulator," 2014 International Conference on Issues and Challenges in Intelligent Computing Techniques (ICICT), Ghaziabad, India, February 7 – 8, 2014, pp. 713-718.

[25] D. C. Meena and A. Devanshu, "Genetic algorithm tuned PID controller for process control," 2017 International Conference on Inventive Systems and Control (ICISC), Coimbatore, India, 2017, pp. 1-6.

[26] E. Flores-Morán, W. Yánez-Pazmiño and J. Barzola-Monteses, "Genetic algorithm and fuzzy self-tuning PID for DC motor position controllers," 2018 19th International Carpathian Control Conference (ICCC), Szilvasvarad, Hungary, 2018, pp. 162-168.

[27] A. Alouache and Q. Wu, "Genetic Algorithms for Trajectory Tracking of Mobile Robot Based on PID Controller," 2018 IEEE 14th International Conference on Intelligent Computer Communication and Processing (ICCP), Cluj-Napoca, Romania, 2018, pp. 237-241.

[28] T. Ahmmed, I. Akhter, S. M. R. Karim, and F. A. S. Ahamed, "Genetic Algorithm Based PID Parameter Optimization," American Journal of Intelligent Systems, vol. 10, pp. 8-13, 2020.

[29] J. G. Guarnizo and J. Avendano, "Liquid level system as a pedagogical tool to teach fuzzy control," 2017 International Conference on Electronics, Communications and Computers, Mexico, 2017, pp.1-5.




DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.12688

Các bài báo tham chiếu

  • Hiện tại không có bài báo tham chiếu
Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Thái Nguyên
Phòng 408, 409 - Tòa nhà Điều hành - Đại học Thái Nguyên
Phường Tân Thịnh - Thành phố Thái Nguyên
Điện thoại: 0208 3840 288 - E-mail: jst@tnu.edu.vn
Phát triển trên nền tảng Open Journal Systems
©2018 All Rights Reserved