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회전형 역 진자 시스템에 대한 계층적 공정 경쟁 기반 유전자 알고리즘을 이용한 최적 Fuzzy 제어기 설계
정승현(Seung-Hyun Jung),최정내(Jeoung-Nae Choi),오성권(Sung-Kwun Oh) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회논문지 Vol.18 No.2
본 논문은 회전형 역 진자 시스템(Rotary Inverted Pendulum System : RIPS)에 대한 계층적 공정 경쟁 기반 유전자 알고리즘(Hierarchical Fair Competition-based Genetic Algorithms : HFCGA) 기반 최적 퍼지 제어기 설계를 제안한다. 회전형 역 진자 시스템의 제어를 위해 퍼지제어기를 사용하였으며, 이때 퍼지제어기의 규칙은 LQR(Linear Quadratic Regulator)제어기를 기반으로 하여 설계하였다. 유전자 알고리즘은 전역해를 구할 수 있는 장점이 있어 많은 분야에 성공적으로 적용 되고 있지만 조기수렴 문제로 인하여 지역해에 빠질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 병렬유전자 알고리즘이 개발되었으며, HFCGA는 병렬유전자 알고리즘을 개선한 방법 중의 하나이다. 본 논문에서는 퍼지 제어기의 파라미터의 최적화를 위해 계층적 공정 경쟁 기반 유전자 알고리즘을 사용하였다. 시뮬레이션 및 실험을 통하여 LQR 제어기 기존 단순유전자 알고리즘(SGA)을 이용한 퍼지제어기와 제안된 HFCGA 기반 퍼지제어기의 성능 비교를 통하여 제안된 방법의 우수성을 보인다. In this paper, we propose an optimized fuzzy controller based on Hierarchical Fair Competition-based Genetic Algorithms (HFCGA) for rotary inverted pendulum system. We adopt fuzzy controller to control the rotary inverted pendulum and the fuzzy rules of the fuzzy controller are designed based on the design methodology of Linear Quadratic Regulator (LQR) controller. Simple Genetic Algorithms (SGAs) is well known as optimization algorithms supporting search of a global character. There is a long list of successful usages of GAs reported in different application domains. It should be stressed, however, that GAs could still get trapped in a sub-optimal regions of the search space due to premature convergence. Accordingly the parallel genetic algorithm was developed to eliminate an effect of premature convergence. In particular, as one of diverse types of the PGA, HFCGA has emerged as an effective optimization mechanism for dealing with very large search space. We use HFCGA to optimize the parameter of the fuzzy controller. A comparative analysis between the simulation and the practical experiment demonstrates that the proposed HFCGA based fuzzy controller leads to superb performance in comparison with the conventional LQR controller as well as SGAs based fuzzy controller.
다중 증발기를 갖는 에어컨시스템에 대한 최적화된 Multi-Fuzzy 제어기 설계
정승현(Seung-Hyun Jung),최정내(Jeoung-Nae Choi),오성권(Sung-Kwun Oh) 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회논문지 Vol.17 No.1
본 논문은 에어컨시스템의 효율과 안정도에 영향을 주는 과열도와 저압을 제어하기 위한 다중 퍼지제어기 설계를 소개한다. 시스템 에어컨은 압축기, 응축기 및 여러 대의 증발기와 확장 밸브로 구성되며, 냉매의 상태가 달라지면 시스템 전반적으로 그 영향이 파급되어 제어가 쉽지 않다. 이에 3대의 확장밸브와 1대의 압축기에서 동시에 과열도와 저압을 효과적으로 제어하는 다중 퍼지제어기를 설계한다. 제안된 퍼지 제어기는 연속형 간략추론 방식과 이산형 lookup_table 방식을 사용하고, 실수코딩 유전자 알고리즘(GAs)을 이용하여 최적의 퍼지제어기의 환산계수를 구한다. 그리고 기존 방식의 결과와 연속형 간략추론 방식 및 이산형 lookup_table 방식의 시뮬레이션 결과를 성능관점에서 상호 비교한다. In this paper, we introduce an approach to design multi-fuzzy controllers for the superheat and the low pressure that have an influence on energy efficiency and stabilization of air conditioning system. Air conditioning system is composed of compressor, condenser, several evaporators and several expansion valves. It is quite difficult to control the air conditioning system because the change of the refrigerant condition give an impact on the overall air conditioning system. In order to solve the drawback, we design multi-fuzzy controllers which control simultaneously both three expansion valve and one compressor for the superheat and the low pressure of air conditioning system. The proposed multi fuzzy controllers are given as two kinds of controller types such as a continuous simplified fuzzy inference type and a discrete fuzzy lookup_table type. Here the scaling factors of each fuzzy controller are efficiently adjusted by real coding type Genetic Algorithms. The values of performance index of the conventional type are compared with the simulation results of discrete lookup_table type and continuous simplified inference type.
유전자 알고리즘을 이용한 Multi-HVAC 시스템에 대한 Multi-Fuzzy 제어기 설계
정승현(Seung-Hyun Jung),최정내(Jeoung-Nae Choi),오성권(Sung-Kwun Oh) 대한전기학회 2006 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2006 No.10
본 논문은 HVAC(heating, ventilating, and air conditioning) 시스템의 효율성과 안정성에 기초하여, 과열도와 저압을 제어하는 Multi Fuzzy 제어기 설계를 제안한다. HVAC 시스템은 Compressor(압축기), Condenser(응축기), Evaporator(증발기), Expansion Valve(확장 밸브)로 구성되며, 각각의 기기에 대한 제어가 독립적으로 이루어져 있다. 기존의 제어가 한 제어기를 사용한 단일방식으로 이루어지다보니 HVAC 시스템의 특성인 냉매의 상태가 달라지면 시스템 전반적으로 그 영향이 파급되는 부분까지 고려를 해 주지 못하고, 제어기의 성능이 효율적이고 안정적이지 못했다. 분 논문에서는 HVAC 시스템의 효율과 안정도에 결정적인 영향을 미치는 과열도와 저압을 제어하기 위해 비선형성이 강하고 불확실하며 복잡한 시스템을 쉽게 제어할 수 있는 Fuzzy 제어기를 구성하여, 3대의 Expansion Valve 와 1대의 Compressor 에서 동시에 제어하는 Multi 제어기를 설계한다. 제안된 Fuzzy 제어기는 이산형 lookup_table 방식과 연속형 간략추론 방식을 사용하여 제어기를 설계하고, 유전자 알고리즘(GAs)을 이용하여 최적의 Fuzzy 제어기의 환산계수를 구한다. 그리고 시뮬레이션 결과를 통해 이산형 lookup_table 방식과 연속형 간략추론 방식의 각각의 제어기를 사용한 결과를 비교한다.
병렬유전자 알고리즘 기반 최적 Fuzzy PD Cascade 제어기의 설계
정승현(Seung-Hyun Jung),최정내(Jeoung-Nae Choi),오성권(Sung-Kwun Oh),김현기(Hyun-Ki Kim) 한국지능시스템학회 2009 한국지능시스템학회논문지 Vol.19 No.3
본 논문은 회전형 역 진자 시스템(Rotary Inverted Pendulum System : RIPS)의 제어를 위한 Fuzzy cascade 제어구조를 제안하고 병렬유전자 알고리즘의 하나인 계층적 공정 경쟁 기반 유전자 알고리즘(Hierarchical Fair Competition-based Genetic Algorithm: HFCGA)을 이용한 최적화 방법을 제시한다. 회전형 역 진자 시스템은 Rotating arm의 회전을 통해 Pendulum의 각도를 제어하는 시스템으로써 제어 목적은 Rotating arm을 원하는 위치에 오게 하고 진자를 수직 위치의 불안정 평형 점에 위치하도록 하는 것이다. 본 논문에서는 회전형 역 진자 시스템의 제어를 위해 두개의 Fuzzy 제어기로 구성된 Fuzzy cascade 제어 구조를 설계하고, HFCGA를 이용하여 설계된 제어기의 파리미터를 최적화한다. 시뮬레이션 및 실험에서 SGA와 HFCGA의 성능비교를 통해 HFCGA의 우수성을 보이고, LQR 및 PD cascade 제어기와 제안된 Fuzzy cascade 제어기의 성능 비교를 통하여 제안된 방법의 우수성을 보인다. In this paper, we propose the design of an optimized fuzzy cascade controller for rotary inverted pendulum system by means of Hierarchical Fair Competition-based Genetic Algorithms (HFCGA) which is a kind of parallel genetic algorithms. The rotary inverted pendulum system is the system for controlling the inclination of pendulum axis through the adjustment of rotating arm. The control objective of the system is to control the position of rotating arm and to make the pendulum maintain the unstable equilibrium point of vertical position. To control rotary inverted pendulum system, we designs the fuzzy cascade controller scheme consisted of two fuzzy controllers and optimizes the parameters of the designed controller by means of HFCGA. A comparative analysis between the simulation and the practical experiment demonstrates that the proposed HFCGA based fuzzy cascade controller leads to superb performance in comparison with the conventional LQR controller as well as HFCGA based PD cascade controller.
HVAC 시스템에 대한 PSO 알고리즘을 이용한 최적화된 Multi-Fuzzy 제어기 설계
정승현(Seung-Hyun Jung),최정내(Jeoung-Nae Choi),오성권(Sung-Kwan Oh),최한종(Han-Jong Choi),류병진(Byoung-Jin Ryu) 대한전기학회 2007 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2007 No.10
본 논문은 HVAC(heating, ventilating, and air conditioning) 시스템에 대해 Particle Swarm Optimization(PSO) 알고리즘을 이용하여 최적화된 Multi-Fuzzy 제어기 설계를 제안한다. HVAC 시스템의 효율과 안정도에 결정적인 영향을 미치는 과열도와 저압(증발기의 압력)을 제어하기 위해, 3대의 Expansion Valve 와 1대의 Compressor 에서 동시에 제어하는 Multi-Fuzzy 제어기를 설계한다. 그리고 최적화 알고리즘 중 하나인 사회적인 행동양식을 기반한 PSO 알고리즘을 이용하여 설계된 Multi-Fuzzy 제 어기를 최적화한다. 시뮬레이션의 결과 비교를 통해, 대표적인 최적화 알고리즘인 유전자 알고리즘을 사용한 최적화된 제어기와 제안한 PSO 알고리즘을 이용한 최적화된 제어기의 성능을 평가한다.