Particle Swarm Optimization: Dynamical Analysis through Fractional Calculus

This chapter considers the particle swarm optimization algorithm as a system, whose dynamics is studied from the point of view of fractional calculus. In this study some initial swarm particles are randomly changed, for the system stimulation, and its response is compared with a non-perturbed reference response. The perturbation effect in the PSO evolution is observed in the perspective of the fitness time behaviour of the best particle. The dynamics is represented through the median of a sample of experiments, while adopting the Fourier analysis for describing the phenomena. The influence upon the global dynamics is also analyzed. Two main issues are reported: the PSO dynamics when the system is subjected to random perturbations, and its modelling with fractional order transfer functions

Optimal frequency control in microgrid system using fractional order PID controller using Krill Herd algorithm

This paper investigates the use of fractional order Proportional, Integral and Derivative (FOPID) controllers for the frequency and power regulation in a microgrid power system. The proposed microgrid system composes of renewable energy resources such as solar and wind generators, diesel engine generators as a secondary source to support the principle generators, and along with different energy storage devices like fuel cell, battery and flywheel. Due to the intermittent nature of integrated renewable energy like wind turbine and photovoltaic generators, which depend on the weather conditions and climate change this affects the microgrid stability by considered fluctuation in frequency and power deviations which can be improved using the selected controller. The fractional-order controller has five parameters in comparison with the classical PID controller, and that makes it more flexible and robust against the microgrid perturbation. The Fractional Order PID controller parameters are optimized using a new optimization technique called Krill Herd which selected as a suitable optimization method in comparison with other techniques like Particle Swarm Optimization. The results show better performance of this system using the fractional order PID controller-based Krill Herd algorithm by eliminates the fluctuations in frequency and power deviation in comparison with the classical PID controller. The obtained results are compared with the fractional order PID controller optimized using Particle Swarm Optimization. The proposed system is simulated under nominal conditions and using the disconnecting of storage devices like battery and Flywheel system in order to test the robustness of the proposed methods and the obtained results are compared.У статті досліджено використання регуляторів пропорційного, інтегрального та похідного дробового порядку (FOPID) для регулювання частоти та потужності в електромережі. Запропонована мікромережева система складається з поновлюваних джерел енергії, таких як сонячні та вітрогенератори, дизельних генераторів як вторинного джерела для підтримки основних генераторів, а також з різних пристроїв для накопичування енергії, таких як паливна батарея, акумулятор і маховик. Через переривчасту природу інтегрованої відновлювальної енергії, наприклад, вітрогенераторів та фотоелектричних генераторів, які залежать від погодних умов та зміни клімату, це впливає на стабільність мікромережі, враховуючи коливання частоти та відхилення потужності, які можна поліпшити за допомогою вибраного контролера. Контролер дробового порядку має п’ять параметрів порівняно з класичним PID-контролером, що робить його більш гнучким та надійним щодо збурень мікромережі. Параметри PID-контролера дробового порядку оптимізовані за допомогою нової методики оптимізації під назвою «зграя криля», яка обрана як підходящий метод оптимізації порівняно з іншими методами, такими як оптимізація методом рою частинок. Результати показують кращі показники роботи цієї системи за допомогою алгоритму «зграя криля», заснованого на PID-контролері дробового порядку, виключаючи коливання частоти та відхилення потужності порівняно з класичним PID-контролером. Отримані результати порівнюються з PID-контролером дробового порядку, оптимізованим за допомогою оптимізації методом рою частинок. Запропонована система моделюється в номінальному режимі роботи та використовує відключення накопичувальних пристроїв, таких як акумулятор та маховик, щоб перевірити надійність запропонованих методів та порівняти отримані результати

Chaotic multi-objective optimization based design of fractional order PI{\lambda}D{\mu} controller in AVR system

In this paper, a fractional order (FO) PI{\lambda}D\mu controller is designed to take care of various contradictory objective functions for an Automatic Voltage Regulator (AVR) system. An improved evolutionary Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA II), which is augmented with a chaotic map for greater effectiveness, is used for the multi-objective optimization problem. The Pareto fronts showing the trade-off between different design criteria are obtained for the PI{\lambda}D\mu and PID controller. A comparative analysis is done with respect to the standard PID controller to demonstrate the merits and demerits of the fractional order PI{\lambda}D\mu controller.Comment: 30 pages, 14 figure

Online optimization of storage ring nonlinear beam dynamics

We propose to optimize the nonlinear beam dynamics of existing and future storage rings with direct online optimization techniques. This approach may have crucial importance for the implementation of diffraction limited storage rings. In this paper considerations and algorithms for the online optimization approach are discussed. We have applied this approach to experimentally improve the dynamic aperture of the SPEAR3 storage ring with the robust conjugate direction search method and the particle swarm optimization method. The dynamic aperture was improved by more than 5 mm within a short period of time. Experimental setup and results are presented