sami laifa
- samilaifa@yahoo.fr
- laifa.sami@univ-guelma.dz
Thesis title
Thesis title (Ar)
Thesis title (Fr)
keywords
keywords (Ar)
keywords (Fr)
Abstract
Multivariable systems exhibit a higher degree of complexity than a single-variable system due to the strong coupling between the input and output variables, which makes the application of multivariable system control theory techniques difficult or impossible. On the other hand, the concept of fractional calculus has been successfully applied for the control of monovariable systems. This encourages researchers to consider introducing this concept to large systems of multiple inputs and outputs. However, research in this area is still at a very early stage. In this context, the main proposals of the thesis revolve around the following elements:
- We propose a technique for the synthesis of fractional order controllers based on the optimization algorithms, in particular the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm for square multivariate systems with simplified decoupling with the aim of eliminate interactions so that inputs and outputs are controlled independently.
-We propose two methods of analytical synthesis of fractional order controllers: the first method is based on the internal model control (IMC). The second method based on the Smith predictor (SP) structure.
-In order to impose a fractional behavior on these systems, we use Bode's ideal function as a closed-loop reference transfer model for each independent loop. The command structure is equivalent to that of SP. It is also equal to the causality filter transfer function in the case of IMC-based control.
For high order decoupled systems, they are approximated to type fractional order models (NIOPTD-I and NIOPTD-II). We use the technique of direct synthesis to determine the parameters of the fractional controllers. The results obtained show the ability of the proposed control techniques to strengthen the control system, to eliminate the delay effect. They provide better robustness to noise and disturbances compared to other conventional methods.
Abstract (Ar)
تُظهر الأنظمة متعددة المتغيرات درجة تعقيد أعلى من النظام أحادي المتغير بسبب الاقتران القوي بين متغيرات الإدخال والإخراج ، مما يجعل تطبيق تقنيات نظرية التحكم في النظام متعدد المتغيرات أمرًا صعبًا أو مستحيلًا. من ناحية أخرى ، تم تطبيق مفهوم حساب التفاضل والتكامل الجزئي بنجاح للتحكم في الأنظمة أحادية المتغير. وهذا يشجع الباحثين على التفكير في إدخال هذا المفهوم إلى الأنظمة الكبيرة ذات المدخلات والمخرجات المتعددة. ومع ذلك ، لا يزال البحث في هذا المجال في مرحلة مبكرة جدًا. في هذا السياق ، تتمحور المقترحات الرئيسية للأطروحة حول العناصر التالية:
- نقترح تقنية لتركيب وحدات التحكم بالترتيب الكسري بناءً على خوارزميات التحسين ، ولا سيما خوارزمية تحسين حشد الجسيمات (PSO) للأنظمة المربعة متعددة المتغيرات مع فصل مبسط بهدف القضاء على التفاعلات بحيث يتم التحكم في المدخلات والمخرجات بشكل مستقل.
- نقترح طريقتين للتركيب التحليلي لوحدات التحكم ذات الترتيب الكسري: الطريقة الأولى تعتمد على التحكم في النموذج الداخلي (IMC). الطريقة الثانية تعتمد على هيكل توقع سميث (SP).
- من أجل فرض سلوك كسري على هذه الأنظمة ، نستخدم وظيفة Bode المثالية كنموذج تحويل مرجعي مغلق الحلقة لكل حلقة مستقلة. هيكل القيادة لها يعادل هيكل SP. كما أنه يساوي وظيفة نقل مرشح السببية في حالة التحكم المستند إلى IMC.
بالنسبة للأنظمة المنفصلة ذات الترتيب العالي ، يتم تقريبها من نوع نماذج الترتيب الكسري (NIOPTD-I و NIOPTD-II).
نستخدم تقنية التوليف المباشر لتحديد معلمات وحدات التحكم الكسرية. تظهر النتائج التي تم الحصول عليها قدرة تقنيات التحكم المقترحة على تقوية نظام التحكم ، للقضاء على تأثير التأخير. أنها توفر قوة أفضل للضوضاء والاضطرابات مقارنة بالطرق التقليدية الأخرى.
Abstract (Fr)
Les systèmes multivariables présente un degré de complexité plus élevé qu'un système monovariables en raison du fort couplage entre les variables d'entrée et de sortie, ce qui rend l'application des techniques de la théorie de commande des systèmes multivariables difficile ou impossible. D'autre part, le concept de calcul fractionnaire a été appliqué avec succès pour la commande des systèmes monovariable. Ce qui encourage les chercheurs à penser d'introduire ce concept aux larges systèmes de plusieurs entrées et de sortie. Cependant, la recherche dans ce domaine est encore à un stade très précoce. Dans ce contexte, les principales propositions de la thèse s'articulent autour des éléments suivants :
- Nous proposons une technique de synthèse des contrôleurs d'ordre fractionnaire basée sur les algorithmes d'optimisation, en particulier l'algorithme d'optimisation d'essaim de particules (PSO) pour les systèmes multivariables carrés avec découplage simplifiée dans le but d'éliminer les interactions afin que les entrées et les sorties soient contrôlées indépendamment.
-Nous proposons deux méthodes de synthèse analytique des contrôleurs d'ordre fractionnaire: la première méthode est basée sur la commande à modèle interne (IMC). La deuxième méthode basée sur la structure de prédicteur de Smith (SP).
-Afin d'imposer un comportement fractionnaire à ces systèmes, nous utilisons la fonction idéale de Bode comme modèle de transfert de référence en boucle fermée pour chaque boucle indépendante. La structure de commande est équivalente à celle de SP. Elle est également égale à la fonction de transfert de filtre de causalité dans le cas d'une commande basée sur IMC.
Pour les systèmes découplés d'ordre élevé, ils sont approximé aux modèles d'ordre fractionnaires de type (NIOPTD-I et NIOPTD-II). Nous utilisons la technique de synthèse directe pour déterminer les paramètres des contrôleurs fractionnaires. Les résultats obtenus montrent la capacité des techniques de commande proposées à renforcer le système de commande, à éliminer l’effet de retard. Ils assurent une meilleure robustesse au bruit et aux perturbations en comparaison par les autres méthodes classique.
Scientific publications
- Laifa Sami., Boudjehem Badreddine.,and Gasmi Hamza,. Direct synthesis approach to design fractional PID controller for SISO and MIMO systems based on Smith predictor structure applied for time-delay non integer-order models. Int. J. Dynam. Control 10, 760–770 (2022). https://doi.org/10.1007/s40435-021-00831-2.
- Laifa Sami, and Boudjehem Badreddine, “A New Design Method for Fractional Order Proportional Integral (FO-PI) Controller of 3x3 Multivariable Systems”, Algerian Journal of Signals and Systems, Vol. 5, Issue 1, March 2020. pp: 73-78. DOI:https://doi.org/10.51485/ajss.v5i1.99.
- Laifa Sami, Boudjehem Badreddine, Boudjehem Djalil (2020) Analytical design of multi-loop fractional IMC-pid-filter controllers for mimo system using equivalent niopdt models. Wseas Trans Syst Control 15:383–393. https://doi.org/10.37394/23203.2020.15.40.
Scientific conferences
- Laifa Sami., Boudjehem Badreddine.,and Gasmi Hamza,. (2021). Design Fractional Order PI Controller with Decoupler for MIMO Process Using Diffusive Representation. In: Bououden, S., Chadli, M., Ziani, S., Zelinka, I. (eds) Proceedings of the 4th International Conference on Electrical Engineering and Control Applications. ICEECA 2019. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol 682. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-6403-1_23.
- Laifa Sami., Boudjehem Badreddine.Analytical Synthesis of Decentralized Fractional Order Controllers for MIMO Processes Based on Fractional Reference Model, the 4th International Conference on Recent Advances in Electrical Systems (ICRAES’19), Dec. 23 – Dec. 25, 2019.
- Laifa Sami., Boudjehem Badreddine.,(2023). Comparison of Optimal PI and FOPI Controllers Tuned by PSO Algorithm for FO-TITO Process with Fractional Inverted Decoupling.In: Ziani, S., Chadli, M., Bououden, S., and Zelinka, I. (eds) Proceedings of the 5th International Conference on Electrical Engineering and Control Applications. ICEECA 2022.