بهبود عملکرد سیستم تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) تک ناحیه ای با استفاده از کنترل کننده تناسبی–انتگرالی–مشتقی (PID) بهینه شده مبتنی بر الگوریتم ژنتیک و ابزار MATLAB PID Tuner

هدف این پژوهش بهبود عملکرد سیستم تنظیم خودکار ولتاژ (AVR) تک ناحیه ای از طریق بهینه سازی کنترل کننده PID می باشد. طراحی و تنظیم مناسب کنترل کننده AVR به دلیل وجود دینامیک های غیرخطی و اغتشاشات عملی همواره چالش برانگیز بوده و روش های کلاسیک پاسخ مطلوبی ارائه نمی دهند. در این مطالعه، مدل استاندارد AVR شامل تقویت کننده، اگزایتر، ژنراتور و سنسور در محیط MATLAB/Simulink پیاده سازی گردید و به منظور شبیه سازی شرایط واقعی، ورودی پله واحد همراه با اغتشاش نویزی به سیستم اعمال شد. برای بهبود پاسخ سیستم، سه روش کنترلی مقایسه شدند: کنترل کننده PID با ضرایب تجربی، PID بهینه شده با الگوریتم ژنتیک، و PID تنظیم شده توسط ابزار PID Tuner. ارزیابی عملکرد بر اساس شاخص های حوزه زمان شامل زمان نشست، فراجهش، فروجهش و خطای ماندگار انجام شد. نتایج شبیه سازی نشان داد که کنترل کننده PID اولیه با ضرایب تجربی دارای فراجهش بالا، فروجهش محسوس، زمان نشست طولانی و خطای ماندگار قابل توجه است و پاسخ مناسبی ارائه نمی دهد. در مقابل، بهینه سازی ضرایب با الگوریتم ژنتیک موجب کاهش چشمگیر نوسانات، کوتاه شدن زمان نشست و کاهش خطای ماندگار شد که بیانگر کارایی این روش در بهبود پایداری دینامیکی سیستم است. بهترین عملکرد توسط ابزار PID Tuner حاصل گردید، به گونه ای که زمان نشست به حداقل رسید، فراجهش و فروجهش به مقادیر بسیار ناچیز کاهش یافت و خطای ماندگار تقریبا صفر شد. بر اساس این نتایج می توان نتیجه گرفت که استفاده از روش های نوین بهینه سازی و ابزارهای نرم افزاری تنظیم کننده، عملکرد دینامیکی و دقت حالت ماندگار سیستم های AVR را به طور قابل توجهی ارتقا می دهد و می تواند به افزایش پایداری و قابلیت اطمینان سیستم های قدرت در شرایط اغتشاش منجر شود.

کلیدواژه ها:

تنظیم کننده خودکار ولتاژ (AVR) ، کنترل PID ، الگوریتم ژنتیک ، PID Tuner ، شبیه سازی