Comparison of Metaheuristic Algorithm Performances for Optimization of Fractional Order PID Controllers Applied to Gas Turbine Power Plant

Gaz Türbin Santraline Uygulanmış Kesir Dereceli PID Kontrolör Optimizasyonu için Metasezgisel Algoritma Performanslarının Karşılaştırılması

Abstract

Nowadays, the use of metaheuristic optimization algorithms is becoming widespread because of easy applying and be able to provide requirements in the solution of high level complex optimization problems. In this study, four different metaheuristic optimization algorithms (particle swarm optimization, artificial bee colony, gray wolf optimization, moth-flame optimization) are used for the optimization of the fractional order proportional-integral-derivative (FOPID) controller applied to the gas turbine power plant model, which is considered as the sample model, and the transient responses of the optimized systems compared according to the system output signals. The settling time, maximum overshoot percentage and rise time are used as comparison criteria, and then it is concluded that the grey wolf optimization and artificial bee colony algorithms provided superior results with respect to the other algorithms discussed. By using metaheuristic algorithms, the optimization of the fractional order PID controller applied to the gas turbine power plant model has been achieved.

Özet

Günümüzde karmaşıklık seviyesi yüksek olan optimizasyon problemlerinin çözümünde uygulama kolaylığı ve gereklilikleri sağlayan sonuçlar vermesi sebebiyle metasezgisel optimizasyon algoritmalarının kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada örnek model olarak ele alınan gaz türbinli santral modeline uygulanmış kesir dereceli oransal-integral-türev (FOPID) kontrolörün optimizasyonu için dört farklı metasezgisel optimizasyon algoritması (parçacık sürüsü optimizasyonu, yapay arı kolonisi, gri kurt optimizasyonu, güve-ateş optimizasyonu) kullanılmış ve sistem çıkış sinyalleri incelenerek geçici hal yanıtları karşılaştırılmıştır. Yerleşme süresi, en büyük yüzde aşım değerleri ve yükselme süresi karşılaştırma kriteri olarak kullanılmış ve gri kurt optimizasyonu ve yapay arı kolonisi algoritmalarının ele alınan diğer algoritmalara göre daha üstün sonuçlar sağladığı anlaşılmıştır. Metasezgisel algoritmalar kullanılarak, gaz türbinli santral modeline uygulanan kesir dereceli PID kontrolörün optimizasyonu sağlanmıştır.