Optimization of PID Parameters with Customized Fitness Function Based Water Cycle Algorithm

Özelleştirilmiş Uygunluk Fonksiyonu Tabanlı Su Döngüsü Algoritması ile PID Parametrelerinin Optimizasyonu

Abstract

Among the controllers used in the industrial field, the PID controller is the most commonly used one. The important reason is that the number of parameters used in this controller is only three and the effect of each of the parameters on the applied system output is measurable. PID parameters are independent from each other and take values between zero and infinity. In the literature, studies on this subject consist of both mathematical model based and open loop or closed loop output methods of the system. In addition to these methods, meta-heuristic methods have also been used in recent years. These are optimization methods prepared by inspiring from various events in nature. In this study, optimum PID parameters were searched using the Water Cycle Algorithm (WCA), one of the algorithms obtained based on the mathematical expressions of physics and chemistry-based events. Instead of searching with only one fitness function, customized fitness functions that reflect the characteristics of PID parameters were used in this study. The results obtained are given graphically and statistically.

Özet

Endüstriyel alanda kullanılan kontrolcüler arasında PID kontrolcü, en yaygın olanıdır. Bunun önemli sebebi olarak bu kontrolcüdekullanılan parametre sayısının az olması ve parametrelerinin her birinin uygulanan sistem çıkışına olan etkisinin ölçülebilir sayılabilir.PID parametreleri, birbirinden bağımsız olup sıfır ile sonsuz aralığında değerler alır. Literatürde, bu konuda yapılan çalışmalar gerekmatematiksel modele dayalı gerekse sistemin açık çevrim veya kapalı çevrim çıkışına dayalı yöntemlerden oluşmaktadır. Buyöntemlerin yanında, meta-sezgisel yöntemler de son yıllarda popüler olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bunlar, doğadaki çeşitliolaylardan esinlenilerek hazırlanan optimizasyon yöntemleridir. Bu çalışmada, fizik ve kimya tabanlı olayların matematikselifadelerinden yola çıkılarak elde edilen algoritmalardan biri olan Su Döngüsü Algoritması (SDA) kullanılarak optimum PIDparametreleri aranmıştır. Geleneksel olarak sadece bir uygunluk fonksiyonu ile arama yapılırken bu çalışmada PID parametrelerininözelliklerini yansıtan özelleştirilmiş uygunluk fonksiyonları ayrı ayrı kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar grafiksel ve istatistikselolarak verilmiştir.