Busca harmônica aplicada à sintonia do regulador linear quadrático/ Harmonic search applied to the tuning of quadratic linear regulator

Authors

  • Luís Bruno Pereira do Nascimento
  • Vandilberto Pereira Pinto
  • Márcio André Baima Amora
  • Darielson Araújo de Souza

DOI:

https://doi.org/10.34117/bjdv8n6-287

Keywords:

controle inteligente, regulador linear quadrático, algoritmo de busca harmônica, algoritmo genético.

Abstract

Este trabalho apresenta a aplicação do algoritmo de Busca Harmônica (Harmony Search - HS) na ponderação automática das matrizes Q e R do Regulador Linear Quadrático (Linear Quadratic Regulator - LQR) com Ação Integral. O projeto do LQR possui como principal obstáculo a dificuldade na ponderação das matrizes Q e R, sendo que, a busca adequada é de vital importância para que o controlador garanta as especificações do projeto. Para solucionar esta limitação, o presente artigo propõe o uso do HS, meta-heurística baseada em conceitos musicais, para a busca das melhores matrizes para o projeto LQR. O controlador foi otimizado usando HS e Algoritmo Genético (AG), e foi aplicado à planta do helicóptero militar CH-47B. Os resultados das simulações foram comparados e pôde-se constatar que algoritmo de Busca Harmônica obteve melhor desempenho, analisando o custo do controlador, índice de estabilidade, índice de tempo de estabilização e sinal de controle, quando comparado com o AG, uma abordagem mais tradicional para esse problema.

References

Chrifa, L. e Kadda Z. M. (2014). Aircraft Control System Using LQG and LQR Controller with Optimal Estimation-Kalman Filter Design. Procedia Engineering. Vol. 80, pp. 245–257.

Doyle, J. C. e Stein, G. (1981). Multivariable Feedback Design: Concepts for a Classica/ Modern Synthesis. IEEE Transactions On Automatic Control, Vol. 26.

Fonseca Neto, J.V.; Abreu, I. S. ; Silva, F.N. ; Pinto, V. P.; Campos, J. C. T. (2007) Controle LQR Inteligente para Geradores Eólicos DFIG. VIII Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente(SBAI), Florianópolis.

Geem, Z.W., Kim, J.H., Loganathan, G.V., 2001. A new heuristic optimization algorithm: harmony search. Simulation 76 (2), pp. 60–68.

Geem, Z. W. (2010) State-of-the-art in the structure of harmony search algorithm. In: GEEM, Z. W.(Ed.). Recent Advances In Harmony Search Algorithm. (Studies in Computational Intelligence, v. 270). pp. 1–10.

Ghoreishi, S.A. Nekoui, M.A. e Basiri, S.O. (2011). Optimal Design of LQR Weighting Matrices based on Intelligent Optimization Methods. International Journal of Intelligent Information Processing, Vol. 2

Ghoreishi, S. A. e Nekoui, M. A., (2012). Optimal Weighting Matrices Design for LQR Controller Based on Genetic Algorithm and PSO, Advanced Materials Research, Vols 433-440, pp. 7546-7553.

Graupe, D. (1972). Derivation of Weighting Matrices towards satisfying Eigenvalue requirements. Int. J. Control 16 (5), 881-888.

Hartmann, G. L., Stein, G. e Pratt, S. G. (1979). Digital adaptive controllers for VTOL vehcles, NASA Contractor Report. 159154. Vol. 1.

Maciejowski, M. J. (1989). Multivariable Feedback Design . Addison – Wiley.

Manjarres, D. et al. (2013). A survey on applications of the harmony search algorithm. Engineering Applications of Artificial Intelligence. Vol. 26. pp. 1818–1831.

Medanic, J., H.S. Tharp and W.R. Perkins (1988). Pole Placement by Performance Criterion Modification. IEEE Transactions on Automatic Control 33 (5), 469-472.

Ogata, K. (2010) Engenharia de Contole Moderno”. 5ed. São Paulo, 2010.

Stein, G. (1979). Generalized Quadratic Weights for Asymptotic Regulator Properties. IEEE Transactions on Automatic Control 24 (4), 559-566.

Usta, M.A., Akyazi, O., Akpinar, A.S. (2011). Aircraft roll control system using LQR and fuzzy logic controller. 2011 International Symposium on Innovations in Intelligent Systems and Applications (INISTA). pp. 223 – 227.

Wahid, N. e Rahmat, M. F., (2010) .Pitch Control System Using LQR and Fuzzy Controller. IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications (ISIEA 2010). pp. 389 – 394.

Weber, J., Liu, T., e Chung, W., (1984). A Mathematical Simulation Model of the CH-47B Helicopter. NASA Technical Memorandum 84351.

Wongsathan, C. e Sirima, C. (2009) Application of GA to design LQR controller for an Inverted Pendulum System. IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, 2008. ROBIO 2008. pp. 951 – 954.

Yuhendri, M., Ashari, M., Purnomo, M.H. (2011). Linear Quadratic Regulator design for modular matrix converter using Genetic Algorithm. IEEE 3rd International Conference on Communication Software and Networks (ICCSN). pp. 175 – 179.

Published

2022-06-21

How to Cite

do Nascimento, L. B. P., Pinto, V. P., Amora, M. A. B., & de Souza, D. A. (2022). Busca harmônica aplicada à sintonia do regulador linear quadrático/ Harmonic search applied to the tuning of quadratic linear regulator. Brazilian Journal of Development, 8(6), 47078–47092. https://doi.org/10.34117/bjdv8n6-287

Issue

Section

Original Papers