Preview

Вестник Казахстанско-Британского технического университета

Расширенный поиск

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПИД-РЕГУЛЯТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГОРИТМОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ НЕФТИ

https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-2-76-93

Аннотация

В работе исследуется процесс оптимизации параметров ПИД-регулятора с помощью использования алгоритмов машинного обучения для системы управления процессом сепарации нефти. Оптимизация параметров контроллера (Kp, Ki, Kd) важна для повышения качества управления и уменьшения количества ошибок в динамических процессах. Для решения этой проблемы было рассмотрено несколько инновационных методов, таких как алгоритм поиска кукушки (CSA), алгоритм светлячков (FA), оптимизация роя частиц (PSO) и метод опорных векторов (SVM). Все данные, включая текущие значения процессов (PV), уставки (SP) и выходные сигналы (OP), были получены от «Тенгизшевройла». Кроме того, для оценки эффективности оптимизированных регуляторов использовались такие показатели, как среднеквадратичная ошибка (MSE), время настройки, превышение и установившаяся ошибка. В целом результаты исследования свидетельствуют о значительном улучшении динамических характеристик системы за счет использования алгоритмов машинного обучения по сравнению с традиционными подходами. Полученные параметры оптимизации достигли целевого значения, оставаясь при этом более быстрыми и стабильными, что позволило повысить производительность управления технологическим процессом.

Об авторах

З. Самигулина
Қазақстан-Британ техникалық университеті
Казахстан

 PhD, доцент 

 г. Алматы 



А. Аманғалиева
Қазақстан-Британ техникалық университеті
Казахстан

 бакалавр 

 г. Алматы 



Список литературы

1. Sathasivam L., Elamvazuthi I., Ahamed Khan M. K. A., & Parasuraman S. Tuning A Three-Phase Separator Level Controller via Particle Swarm Optimization Algorithm // Proceedings of the 2018 International Conference on Recent Trends in Electrical, Control and Communication (RTECC). – IEEE, 2018. – P. 265–268.

2. Reis V.C., Santos M.F., Carmo M.J., Ferreira F.C. Control of Level in Systems Based on Arduino Platform through PC // Proceedings of the 20th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC). – Sinaia, Romania: IEEE, 2016. – P. 251–256.

3. Charkoutsis S., Kara-Mohamed M. Particle Swarm Optimization tuned nonlinear PID controller with improved performance and robustness for First Order Plus Time Delay systems // Results in Control and Optimization. – 2023. – Vol. 12. – P. 100289.

4. Foss B. Process control in conventional oil and gas production: Challenges and opportunities // Control Engineering Practice. – 2012. – Vol. 20. – No. 10. – P. 1058–1064.

5. Patel V. V. Ziegler-nichols tuning method: Understanding the pid controller // Resonance. – 2020. – Vol. 25. – No. 10. – P. 1385–1397.

6. Ribeiro J.M.S., Santos M.F., Carmo M.J., Silva M.F. Comparison of PID Controller Tuning Methods: Analytical/Classical Techniques versus Optimization Algorithms // Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (ICSMC). – 2017. – P. 533–538.

7. Garpinger O., Hägglund T., Åström K. J. Performance and robustness trade-offs in PID control // Journal of Process Control. – 2014. – Vol. 24. – No. 5. – P. 748–760.

8. Shahrokhi M., Zamorrodi A. Comparison of PID controller adjustment methods // Journal of Process Control. – 2024. – No. 2. – P. 1–15.

9. Eltayeb A., Ahmed G., Imran I.H., Alyazidi N.M., Abubaker A. Comparative Analysis: Fractional PID vs. PID Controllers for Robotic Arm Using Genetic Algorithm Optimization // Automation. – 2024. – Vol. 5. – P. 230–245.

10. Hekimoğlu B. Optimal tuning of fractional order PID controller for DC motor speed control via chaotic atom search optimization algorithm // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – P. 38100–38114.

11. Mehta S.A., Katrodiya J., Mankad B. Simulation, Design and Practical Implementation of IMC Tuned Digital PID Controller for Liquid Level Control System // Proceedings of the International Conference on Current Trends in Technology (NUiCONE-2011). Ahmedabad, India: IEEE, 2011. – P. 1–5.

12. Alsmadi M.K., Mohammad R.M.A., Alzaqebah M., Jawarneh S., AlShaikh M., Al Smadi A., Alghamdi F.A., Alqurni J. S., & Alfagham H. Intrusion Detection Using an Improved Cuckoo Search Optimization Algorithm // Journal of Wireless Mobile Networks, Ubiquitous Computing, and Dependable Applications. – 2024. – Vol. 15. – No. 2. – P. 73–93. https://doi.org/10.58346/JOWUA.2024.I2.006.

13. Ali E.S., Abd Elazim S.M., Abdelaziz A.Y. Ant Lion Optimization Algorithm for optimal location and sizing of renewable distributed generations // Renewable Energy. – 2017. – Vol. 101. – P. 1311–1324.

14. Debbarma S., Saikia L.C., Sinha N. Solution to automatic generation control problem using firefly algorithm optimized IλDμ controller // ISA Transactions. – 2014. – Vol. 53. – Issue 2. – P. 358–366.

15. Guha D., Roy P.K., Banerjee S. Optimal tuning of 3 degree-of-freedom proportional-integralderivative controller for hybrid distributed power system using dragonfly algorithm // Computers and Electrical Engineering. – 2018. – Vol. 72. –P. 137–153.

16. Mohamed M.J., Oleiwi B.K., Azar A.T., Hameed I.A. Coot optimization algorithm-tuned neural network-enhanced PID controllers for robust trajectory tracking of three-link rigid robot manipulator // Heliyon. – 2024. – Vol. 10. Article e32661.

17. Saravanan G., Suresh K.P., Pazhanimuthu C., Kumar R.S. Artificial rabbits optimization algorithm based tuning of PID controller parameters for improving voltage profile in AVR system using IoT // e-Prime – Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. – 2024. – Vol. 8. Article 100523.

18. Mosaad A. M., Attia M. A., Abdelaziz A. Y. Whale optimization algorithm to tune PID and PIDA controllers on AVR system // Ain Shams Engineering Journal. – 2019. – Vol. 10. – P. 755–767.

19. Mohamed M.J., Oleiwi B.K., Azar A.T., Hameed I.A. Coot optimization algorithm-tuned neural network-enhanced PID controllers for robust trajectory tracking of three-link rigid robot manipulator // Heliyon. – 2024. – Vol. 10. Article e32661.

20. Güven A.F., Mengi O.Ö., Elseify M.A., & Kamel, S. Comprehensive Optimization of PID Controller Parameters for DC Motor Speed Management Using a Modified Jellyfish Search Algorithm // Optimal Control Applications and Methods. – 2024. – Vol. 0. – P. 1–23.

21. Güven A.F., & Mengi O.Ö. Nature-inspired algorithms for optimizing fractional order PID controllers in time-delayed systems // Optimal Control Applications and Methods. – 2024. – Vol. 45. – No. 3. – P. 1251–1279.

22. Vanchinathan K., Selvaganesan N. Adaptive fractional order PID controller tuning for brushless DC motor using Artificial Bee Colony algorithm // Results in Control and Optimization. – 2021. – Vol. 4. – P. 100032.

23. Sharif Naser Makhadmeh, Mohammed Azmi Al-Betar, Iyad Abu Doush, Mohammed A. Awadallah, Sofian Kassaymeh, Seyedali Mirjalili, Raed Abu Zitar. Recent advances in Grey Wolf Optimizer, its versions and applications: Review // IEEE Access. – 2023.

24. Hui T., Zeng W., Yu T. Core power control of the ADS based on genetic algorithm tuning PID controller // Nuclear Engineering and Design. – 2020. – Vol. 370. – P. 110835.

25. Izci D., Ekinci S., Hedley J., Demirören A. HHO Algorithm Based PID Controller Design for Aircraft Pitch Angle Control System // Proceedings of the 2020 International Conference on Advances in Computing, Communication, and Automation (ICACCA). Piscataway, NJ: IEEE. – 2020. – P. 9152897.

26. Serdar Ekinci, Davut Izci, Baran Hekimoğlu. Henry Gas Solubility Optimization Algorithm Based FOPID Controller Design for Automatic Voltage Regulator // Proceedings of the 2nd International Conference on Electrical, Communication and Computer Engineering (ICECCE). Istanbul, Turkey: IEEE, 2020. – P. 1–6.

27. Patil S.R., Agashe S. RelaxC controller and PID for time delay systems: Experimental test results on Boiler pilot plant // Results in Control and Optimization. – 2024. – Vol. 9. Article 100297.

28. Murugesan D., Jagatheesan K., Shah P., Sekhar R. Fractional order PIλDμ controller for microgrid power system using cohort intelligence optimization // Results in Control and Optimization. – 2023. – Vol. 11. Article 100218.

29. Ataşlar-Ayyıldız B. Robust Trajectory Tracking Control for Serial Robotic Manipulators Using Fractional Order-Based PTID Controller // Fractal Fract. – 2023. – Vol. 7. – Issue 3. – P. 250.


Рецензия

Для цитирования:


Самигулина З., Аманғалиева А. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПИД-РЕГУЛЯТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГОРИТМОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ НЕФТИ. Вестник Казахстанско-Британского технического университета. 2025;22(2):76-93. https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-2-76-93

For citation:


Samigulina Z.I., Amangaliyeva A.G. OPTIMIZATION OF PID CONTROLLER PARAMETERS USING MACHINE LEARNING ALGORITHMS BASED ON OIL SEPARATION PROCESS DATA. Herald of the Kazakh-British Technical University. 2025;22(2):76-93. https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-2-76-93

Просмотров: 8


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-6688 (Print)
ISSN 2959-8109 (Online)