Chaotic-based particle swarm optimization algorithm for optimal PID tuning in automatic voltage regulator systems

Introduction. In an electrical power system, the output of the synchronous generators varies due to disturbances or sudden load changes. These variations in output severely affect power system stability and power quality. The synchronous generator is equipped with an automatic voltage regulator to maintain its terminal voltage at rated voltage. Several control techniques utilized to improve the response of the automatic voltage regulator system, however, proportional integral derivative (PID) controller is the most frequently used controller but its parameters require optimization. Novelty. In this paper, the chaotic sequence based on the logistic map is hybridized with particle swarm optimization to find the optimal parameters of the PID for the automatic voltage regulator system. The logistic map chaotic sequence-based initialization and global best selection enable the algorithm to escape from local minima stagnation and improve its convergence rate resulting in best optimal parameters. Purpose. The main objective of the proposed approach is to improve the transient response of the automatic voltage regulator system by minimizing the maximum overshoot, settling time, rise time, and peak time values of the terminal voltage, and eliminating the steady-state error. Methods. In the process of parameter tuning, the Chaotic particle swarm optimization technique was run several times through the proposed hybrid objective function, which accommodates the advantages of the two most commonly used objective functions with a minimum number of iterations, and an optimal PID gain value was found. The proposed algorithm is compared with current metaheuristic algorithms including conventional particle swarm optimization, improved kidney algorithm, and others. Results. For performance evaluation, the characteristics of the integral of time multiplied squared error and Zwe-Lee Gaing objective functions are combined. Furthermore, the time-domain analysis, frequency-domain analysis, and robustness analysis are carried out to show the better performance of the proposed algorithm. The result shows that automatic voltage regulator tuned with the chaotic particle swarm optimization based PID yield improvement in overshoot, settling time, and function value of 14.41 %, 37.91 %, 1.73 % over recently proposed IKA, and 43.55 %, 44.5 %, 16.67 % over conventional particle swarm optimization algorithms. The improvement in transient response further improves the automatic voltage regulator system stability for electrical power systems.Вступ. В електроенергетичній системі потужність синхронних генераторів змінюється внаслідок збурень або різких змін навантаження. Ці зміни в потужності серйозно впливають на стабільність енергетичної системи та якість електроенергії. Синхронний генератор оснащений автоматичним регулятором напруги для підтримання напруги на його клемах на рівні номінальної напруги. Декілька методів управління використовуються для поліпшення реакції системи автоматичного регулятора напруги, однак пропорційний інтегральний похідний контролер (PID-контролер) є найбільш часто використовуваним контролером, але його параметри вимагають оптимізації. Новизна. У цій роботі хаотична послідовність, заснована на логістичній схемі, гібридизується за допомогою оптимізації рою частинок, щоб знайти оптимальні параметри PID для системи автоматичного регулятора напруги. Ініціалізація на основі хаотичної послідовності логістичної схеми та найкращий глобальний вибір дозволяють алгоритму вийти із локальної мінімальної стагнації та покращити швидкість збіжності, що дає найкращі оптимальні параметри. Мета. Основною метою запропонованого підходу є поліпшення перехідної реакції системи автоматичного регулятора напруги шляхом мінімізації максимального перевищення, часу встановлення, часу наростання та пікових значень напруги на клемах і усунення помилки у стаціонарного стані. Методи. У процесі настройки параметрів техніку оптимізації рою хаотичних частинок кілька разів пропускали через запропоновану гібридну цільову функцію, яка враховує переваги двох найбільш часто використовуваних цільових функцій з мінімальною кількістю ітерацій,і знайдено оптимальне значення коефіцієнту підсилення PID. Запропонований алгоритм порівнюється з сучасними метаевристичними алгоритмами, включаючи звичайну оптимізацію рою частинок, вдосконалений алгоритм нирок та інші. Результати. Для оцінки ефективності об'єднуються характеристики інтеграла у часі, помноженого на похибки у квадраті, та цільових функцій Цве-Лі Гейнга. Крім того, проводяться аналіз у часовій області, аналіз у частотної області та аналіз стійкості, щоб показати кращу ефективність запропонованого алгоритму. Результат показує, що автоматичний регулятор напруги, налаштований на хаотичну оптимізацію рою частинок, заснований на поліпшенні виходу PID в перевищеннях,часі налаштування та значенні функції перевищує на 14,41 %, 37,91 %, 1,73 % нещодавно запропонований нирковий алгоритм та на 43,55 %, 44,5 %, 16,67 % перевищує звичайні алгоритми оптимізації рою частинок. Поліпшення перехідної реакції ще більше покращує стабільність автоматичного регулятора напруги для систем електроенергетики

Chaotic-based particle swarm optimization algorithm for optimal PID tuning in automatic voltage regulator systems

Introduction. In an electrical power system, the output of the synchronous generators varies due to disturbances or sudden load changes. These variations in output severely affect power system stability and power quality. The synchronous generator is equipped with an automatic voltage regulator to maintain its terminal voltage at rated voltage. Several control techniques utilized to improve the response of the automatic voltage regulator system, however, proportional integral derivative (PID) controller is the most frequently used controller but its parameters require optimization. Novelty. In this paper, the chaotic sequence based on the logistic map is hybridized with particle swarm optimization to find the optimal parameters of the PID for the automatic voltage regulator system. The logistic map chaotic sequence-based initialization and global best selection enable the algorithm to escape from local minima stagnation and improve its convergence rate resulting in best optimal parameters. Purpose. The main objective of the proposed approach is to improve the transient response of the automatic voltage regulator system by minimizing the maximum overshoot, settling time, rise time, and peak time values of the terminal voltage, and eliminating the steady-state error. Methods. In the process of parameter tuning, the Chaotic particle swarm optimization technique was run several times through the proposed hybrid objective function, which accommodates the advantages of the two most commonly used objective functions with a minimum number of iterations, and an optimal PID gain value was found. The proposed algorithm is compared with current metaheuristic algorithms including conventional particle swarm optimization, improved kidney algorithm, and others. Results. For performance evaluation, the characteristics of the integral of time multiplied squared error and Zwe-Lee Gaing objective functions are combined. Furthermore, the time-domain analysis, frequency-domain analysis, and robustness analysis are carried out to show the better performance of the proposed algorithm. The result shows that automatic voltage regulator tuned with the chaotic particle swarm optimization based PID yield improvement in overshoot, settling time, and function value of 14.41 %, 37.91 %, 1.73 % over recently proposed IKA, and 43.55 %, 44.5 %, 16.67 % over conventional particle swarm optimization algorithms. The improvement in transient response further improves the automatic voltage regulator system stability for electrical power systems.Вступ. В електроенергетичній системі потужність синхронних генераторів змінюється внаслідок збурень або різких змін навантаження. Ці зміни в потужності серйозно впливають на стабільність енергетичної системи та якість електроенергії. Синхронний генератор оснащений автоматичним регулятором напруги для підтримання напруги на його клемах на рівні номінальної напруги. Декілька методів управління використовуються для поліпшення реакції системи автоматичного регулятора напруги, однак пропорційний інтегральний похідний контролер (PID-контролер) є найбільш часто використовуваним контролером, але його параметри вимагають оптимізації. Новизна. У цій роботі хаотична послідовність, заснована на логістичній схемі, гібридизується за допомогою оптимізації рою частинок, щоб знайти оптимальні параметри PID для системи автоматичного регулятора напруги. Ініціалізація на основі хаотичної послідовності логістичної схеми та найкращий глобальний вибір дозволяють алгоритму вийти із локальної мінімальної стагнації та покращити швидкість збіжності, що дає найкращі оптимальні параметри. Мета. Основною метою запропонованого підходу є поліпшення перехідної реакції системи автоматичного регулятора напруги шляхом мінімізації максимального перевищення, часу встановлення, часу наростання та пікових значень напруги на клемах і усунення помилки у стаціонарного стані. Методи. У процесі настройки параметрів техніку оптимізації рою хаотичних частинок кілька разів пропускали через запропоновану гібридну цільову функцію, яка враховує переваги двох найбільш часто використовуваних цільових функцій з мінімальною кількістю ітерацій,і знайдено оптимальне значення коефіцієнту підсилення PID. Запропонований алгоритм порівнюється з сучасними метаевристичними алгоритмами, включаючи звичайну оптимізацію рою частинок, вдосконалений алгоритм нирок та інші. Результати. Для оцінки ефективності об'єднуються характеристики інтеграла у часі, помноженого на похибки у квадраті, та цільових функцій Цве-Лі Гейнга. Крім того, проводяться аналіз у часовій області, аналіз у частотної області та аналіз стійкості, щоб показати кращу ефективність запропонованого алгоритму. Результат показує, що автоматичний регулятор напруги, налаштований на хаотичну оптимізацію рою частинок, заснований на поліпшенні виходу PID в перевищеннях,часі налаштування та значенні функції перевищує на 14,41 %, 37,91 %, 1,73 % нещодавно запропонований нирковий алгоритм та на 43,55 %, 44,5 %, 16,67 % перевищує звичайні алгоритми оптимізації рою частинок. Поліпшення перехідної реакції ще більше покращує стабільність автоматичного регулятора напруги для систем електроенергетики

Schistocerca gregaria-derived chitosan: antimicrobial activity and cytotoxicity studies of its Schiff Bases and metal complexes

Chitosan prepared by deacetylation of chitin extracted from Schistocerca gregaria (desert grasshopper) has been coupled with different aldehydes to afford the corresponding Schiff bases and consequently reacted with metal (II) salts to provide the corresponding complexes. The compounds were evaluated for their in vitro antimicrobial activity against two Gram positive (Escheria coli and Salmonella typhii), one Gram negative bacterial strains (Staphylococcus aureus), and three fungal strains (Aspergillus niger, Aspergillus flavus, and Tricodma spp). Chitosan and its derivatives were evaluated for their in vitro antimicrobial activity against two Gram positive bacterial (Escheria coli and Salmonella typhii), one gram negative (Staphylococcus aureus) and three fungi (Aspergillus niger, Aspergillus flavus, Tricodma spp) The MIC, MBC, and MFC values revealed that compared to the parent chitosan, the Schiff bases and their complexes have higher antibacterial and fungal activities which are in the order of chitosan metal complexes >chitosan Schiff bases > non-modified chitosan with BMC values of >500, >250 and 125μg/ml respectively, where MIC and MFC results showed similar trend. The cytotoxicity assay using brine shrimps revealed that parent chitosan was the most active against at all concentrations, 10μg/ml, 100μg/ml, and 1000μg/ml compared to chitosan Schiff bases, metal complexes.Keywords: Antimicrobial activity, Chitosan, Complexes, Desert grasshopper, Schiff bases, Schistocerca gregari

Pathological fracture of mandible associated with an asymptomatic cholesterol granuloma

Cholesterol granuloma is a rare lesion in the maxillofacial and is often associated with benign cysts or tumors. It is caused by reaction to the foreign body and inadequate drainage of cholesterol crystals. We report here are case of cholesterol granuloma, identified following a pathological mandibular fracture in an adult male

Student opinion survey on delivery of ECE431: Computer programming undergraduate course

No Abstract

Exploring wide-parametric range for tool electrode selection based on surface characterization and machining rate employing powder-mixed electric discharge machining process for Ti6Al4V ELI

The titanium alloy Ti6Al4V ELI (grade 23) is widely used in biomedical industry because of its engineering attributes. However, it requires surface modifications and has processing challenges because it is difficult to machine nature. Therefore, powder-mixed electric discharge machining process is commonly applied to simultaneously machine the material and carry out surface treatment. The performance of the process is limited by both low cutting efficiency and the formation of a rough surface. In this regard, the current study evaluates SiC powder-mixed electric discharge machining of Ti6Al4V ELI using a range of tool materials such as copper, brass, graphite, and aluminum along with a comprehensive list of process parameters. The surface roughness parameters involving arithmetic roughness, the average peak-to-valley distance, and the highest peak-to-deepest valley distance along with material removal rate are comprehensively studied. Taguchi design of experiments L16 orthogonal array is used to study the process performance with parametric effect analysis, parametric significance analysis, and surface morphological analysis with a scanning electron microscope. Furthermore, the experimental results are optimized against a multi-response optimization matrix using grey relational analysis approach. An optimal compromise between surface attributes and cutting efficiency is identified by Al electrode, pulse current of 14 A, pulse on time of 75 µs, pulse off time of 75 µs, and negative polarity parametric conditions

Use of Complex Lie Symmetries for Linearization of Systems of Differential Equations - II: Partial Differential Equations

The linearization of complex ordinary differential equations is studied by extending Lie's criteria for linearizability to complex functions of complex variables. It is shown that the linearization of complex ordinary differential equations implies the linearizability of systems of partial differential equations corresponding to those complex ordinary differential equations. The invertible complex transformations can be used to obtain invertible real transformations that map a system of nonlinear partial differential equations into a system of linear partial differential equation. Explicit invariant criteria are given that provide procedures for writing down the solutions of the linearized equations. A few non-trivial examples are mentioned.Comment: This paper along with its first part ODE-I were combined in a single research paper "Linearizability criteria for systems of two second-order differential equations by complex methods" which has been published in Nonlinear Dynamics. Due to citations of both parts I and II these are not replaced with the above published articl

Probiotic properties of Lactobacillus helveticus and Lactobacillus plantarum isolated from traditional Pakistani yoghurt

Probiotic bacteria are of utmost importance owing to their extensive utilisation in dairy products and in the prevention of various intestinal diseases. The objective of this study was to assess the probiotic properties of bacteriocin-producing isolates of Lactobacillus helveticus and Lactobacillus plantarum isolated from traditional Pakistani yoghurt. In this study, ten bacteriocin-producing isolates were selected to screen for the probiotic property. The isolates showed resistance to acidic pH (6-6.5), bile salt (0.01-1%), and 1-7% NaCl salt and showed good growth at acidic pH and antibacterial activity against ten different foodborne pathogens. Interestingly, these isolates were proved to be effective against Actinobacter baumannii but least effective against Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa. A few isolates were found to be resistant to some antibiotics like vancomycim, gentamycin, erythromycin, streptomycin, and clindamycin. Our results provide strong evidence in favour of traditional Pakistani yoghurts as a potential source of bacteriocin-producing bacteria with an added benefit of the probiotic property. Specifically, LBh5 was considered a good probiotic isolate as compared to other isolates used in the study. Further extensive research should be done on isolation and characterisation of probiotic isolates from local fermented foods, and then, these isolates should be used in the development of probiotic enriched food supplements in Pakistan

Excitation functions of 3He-particle-induced nuclear reactions on 103Rh: Experimental and theoretical investigations

Excitation functions for the 3He-induced reactions on 103Rh as alternative pathway for the production of the medically used 103Pd were studied by the stacked foil technique. Excitation functions of the 103Rh(3α, x) 103Pd, 103,104,104m,105Ag and 100,101,101m,102,102mRh reactions were determined up to 27 MeV by detecting only the characteristic γ-rays obtained from the decay of residual nuclei. The experimental results were compared with the theoretical ones obtained from the EMPIRE-3.2 code and ‎the TENDL nuclear data library. From the measured cross-section data integral production yields were calculated

Search for leptophobic Z ' bosons decaying into four-lepton final states in proton-proton collisions at root s=8 TeV

Peer reviewe