I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   21 ,   No .   2 ,  Feb r u ar y   2 0 2 1 ,   p p .   7 4 4 ~ 7 5 6   I SS N:  2 5 02 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs.v 2 1 .i 2 . p p 7 4 4 - 7 5 6          744       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Ev a lua tion o f   the  sta bility e nha nce m en t  o f  t he   co nv e ntiona l  s liding   m o de   c o nt ro ller   using   w ha le   o pti m i z a tion  a lg o rith m       Aw s   M a h m o o d Abdu lla h 1 ,   A li M o hs in K a it t a n 2 ,   M us t a f a   Sa ba h T a ha 3   1 Av ice n n a   E - lea rn in g   Ce n ter,   Un i v e rsit y   o f   Ba g h d a d ,   Ira q   2 A so u l  A ld e a n   Un iv e rsit y   Co ll e g e ,   Ba g h d a d ,   Ira q   3 M issa n   Oil  T ra in in g   In st it u te,   M i n istry   o f   Oil,   Ira q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   17 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   J u n   5 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   J u n   14 ,   2 0 2 0       T h e   p ro p o se d   w o rk   is  a n   a tt e m p t   to   i n v e stig a te  th e   sta b il it y   o f   th e   n o n li n e a r   s y ste m   b y   u sin g   a   w h a l e   o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m   a s  o f   o n e   o f   th e   m e ta - h e u risti c   o p ti m iza ti o n   m e th o d s ,   a n d   t h is  i n v e stig a ti o n   w a s  c o n d u c ted   o n   a   sin g le  in v e rted   p e n d u lu m   a s  a   st u d y   m o d e l.   T h e   e v a lu a ti o n   m e a s u re s  w h ich   w e r e   u se d   in   th is  a rti c le  v a l u e s  o f   g a in   a n d   slid in g   su rf a c e   o f  th e   c o n v e n ti o n a l  slid i n g   m o d e   c o n tr o ll e r  to   i ll u stra te  t h e   e x ten t  o f   th e   s y ste m `s   sta b il it y .   F u rth e rm o re ,   c o n tro l   a c ti o n ,   th e   re latio n sh i p   b e tw e e n   e rro r  a n d   i ts  d e riv a ti v e ,   d e sire d ,   a n d   a c tu a l   p o si ti o n   i n   a d d it i o n   to   slid i n g   re sp o n se   g ra p h ica ll y   sh o we d   th e   f e a sib il it y   o f   th e   p r o p o se d   so l u ti o n .   T h e   a tt a in e d   re su lt s  il l u stra ted   c o n sid e ra b le   im p ro v e m e n t  in   t h e   se tt li n g   ti m e   a n d   m in i m izin g   th e   im p a c t  o f   c h a tt e ri n g   b e h a v io r.   K ey w o r d s :   Der iv ati v e  o f   e r r o r   Desire d   p o s itio n   E r r o r   R ea ch i n g   s ta g e    Sli d in g   s ta g e   T h is  is  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu s ta f a  Sab a h   T ah a   Miss a n   Oil T r ain in g   I n s tit u te    Min i s tr y   o f   O il ,  I r aq     E m ail:  ti m i m y m u s ta f a@ g m ail . co m       1.   I NT RO D UCT I O N     No w ad a y s ,   in ter n et  co m m u n i ca tio n   b ec o m es  a  s i g n if ica n t  p ar t  o f   th e  in f r astru c tu r e.   B as ed   o n   th e  in ter n e t,  m o s t o f   t h e  ap p licatio n s   o f   i n f r astru c tu r e  s y s te m s   ca n   b e  o p er ated   [1 ,  2 ] .   Fo r   th e  p ast d ec ad es,  p o w e r   s y s te m   o p ti m izatio n   tech n iq u e s   h a v e  b ee n   s u b j ec t to   m an y   s t u d ies  f o r   p lan n i n g   a n d   s tr ate g y   d ev e lo p m en t   [ 3 ] .   C o m p r eh e n s i v el y ,   co n tr o llin g   an y   p ar ticu lar   s y s te m   i n   d i v er s e  ap p licatio n s   ca n   b e  i m p le m en ted   i n   o n e   o f   t w o   s ch e m es  m o d el -   b u ilt  o r   n o n   - m o d el  ev o lv ed .   Mo d el - b u i lt   c o n tr o l  s ch e m e s   ar e  co n s id er ed   s y s te m atic  an d   m i g h t   b e  co n d u cted   i n   co n v en tio n al   s y s te m s   d u e  to   t h ei r   q u alities ,   w h ic h   i n cl u d e  b u t  n o t  li m ited   to ,   r eliab ilit y ,   p r ec is io n ,   an d   d if f er en t  ap p r o p r iate  s tan d ar d s .   B u t,  in   p r ac tical  s it u atio n s ,   m o r e  th an   a  co n s tr a i n t,   d is tu r b an ce   i n f lu e n ce r ,   as  w e ll  as  u n ce r ta in t y   co n d itio n s ,   ar e  ch an g ea b le  a n d   n o t  ea s y   to   r ep r esen t  in   th e   m o d el.   He n ce ,   n o n -   m o d el - b u ilt  s c h e m es  h av e   b ee n   e x ce p ti o n all y   i m p le m e n ted   b ec au s e   s u ch   s c h e m e s   d o   n o t   n ec es s itate  h ig h l y   s o p h i s ticate d   m at h e m at ical  m o d elin g   [4 - 6] .    B ased   o n   th e  m e n tio n ed   ab o v e,   m o s t  p r ac tical  s y s te m s   ca n   b e  v ar ied   w i th   t i m e   d u e  to   s u r r o u n d in g   cir cu m s ta n ce s   t h at  i m p ac t  t h e  f u n ctio n alit y   o f   t h e  s y s te m ;  t h u s ,   t h e  co n tr o ller   s h o u ld   b e  in t er ac tiv e  w it h   th e s e  v ar iatio n s .   C o n v e n tio n al  Sli d i n g - Mo d e  C o n tr o ller   ( C SMC R )   is   an   ad j u s tab le  co n tr o l  s c h e m e   t h at  ca p t u r ed   lar g e  atten t io n   s i n ce   th e  m id   o f   th e  2 0 th   ce n tu r y ;  it  r ep r esen t s   ef f icie n t  ad d r ess i n g   f o r   n u m er o u s   co n tr o l  s y s te m s   [7 - 9] .   T h e  u s ag e  o f   C SM C R   i s   co n s id er ab le  in   m o s t  n o n li n ea r   s y s te m s   b ec a u s e  it  is   ad j u s tab le;  in   o th er   w o r d s ,   it s   co n f i g u r atio n   ca n   b e  v ar ied   as   th e   s y s te m   i s   m o d i f ied   i n   o r d er   to   o b tai n   t h e  r eq u ir ed     o u tp u t  [ 1 0 ,  1 1 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       E va lu a tio n   o f th e  s ta b ilit y  en h a n ce men t o f th e   co n ve n tio n a l  s lid in g   mo d e  . . . .   ( A w s   Ma h mo o d   A b d u lla h )   745   Var io u s   ap p r o ac h es  h av e  b ee n   p r o p o s ed   in   s ev er al  r esear ch   in v o lv e s   ( C SM C R ) ,   t h e s e  a p p r o ac h es   co n s id er   th e  m ec h an i s m   o f   co n tr o ller   d esig n ,   n at u r e  o f   co n tr o l  m o d i f y in g   p ar a m e ter s   in   ad d itio n   t o   ch ar ac ter is tic s   o f   p ar tial  s y s te m s   w h ich   ar e  i n clu d ed   i n   t h e  en tire   s y s te m .   E lectr ical  m ac h in es   s u ch   as   m o to r s   an d   alter n a to r s ;  ad d itio n all y ,   ch e m ical  p r o ce d u r es  ar e  h an d led   b y   ( C SMC R )   [ 1 2 ,  1 3 ] .   I n   s p ite  o f   o u ts tan d i n g   asp ec ts   o f   ( C SMC R )   w h ic h   in cl u d ed   w it h s ta n d i n g   t h e   i m p ac t  o f   a m b ig u it y   a n d   e x ter n al   i n f l u e n ce r ,   d ec r ea s in g   in   o r d er   b y   o n e  f r o m   th e   o r ig i n al  s y s te m   a n d   l astl y ,   t h e  s y s te m   co n tr o lled   b y   ( C S MC R )   f u l f ill s   ze r o   v alu e s   o f   er r o r   an d   its   d er iv ati v e.   T h er e  is   a  r e m ar k a b le  d r a w b ac k   th at   s h o u ld   b e  tack led   i n   o r d er   to   m i n i m ize  t h e  n eg ati v e  e f f ec t o n   s y s te m   s tab ilit y   [ 1 4 ,  1 5 ] ; th i s   d r a w b ac k   is   th e  c h atter i n g   p r o b lem   a s   s h o w n   i n   Fig u r e  1 .            Fig u r e  1 .   T h e  ch atter in g   b e h a v io r   in   C SMC R       Nu m er o u s   co n v e n tio n al  m eth o d s   w er e  o f f er ed   f o r   ad d r ess i n g   th i s   i s s u e;  o n e  o f   t h e m   is   s u b s tit u ti n g   th e  Si g n   m at h e m at ical  f u n c ti o n ,   w h ich   i s   co n s id er ed   th e  ca u s e  o f   t h e  ch atter i n g   p h e n o m e n o n   b y   a n o th er   m o d el  [ 1 6 ,  1 7 ] .   W h ile  s o m e   s o lu tio n s   w er e  b ased   o n   t h e   in te g r atio n   b et w ee n   C SMC R   an d   s m ar t  f u zz y   co n tr o ller   [ 1 8 ] ,   s o m e  o f   th e  Op ti m izatio n   tech n iq u e s   also   in v e s ti g ated   to   r ed u ce   ch atter in g   i m p ac t  s u ch   a s   g en et ic  an d   p ar ticle  s w ar m   a lg o r ith m s   [ 1 9 - 23] .   Ho w e v er ;  th e   d ep lo y m e n t  o f   o p ti m izatio n   a lg o r ith m s   r eq u ir es   f u r t h er   i n v e s ti g atio n   to   ill u s t r ate  th e  f ea s ib ilit y   o f   t h e  ad v an ce d   tec h n iq u es  o v er   clas s ical  m ath e m atica l  m o d el s ,   th e  p r o p o s ed   w o r k   m ain l y   ai m s   to   u t ilize  a  h i g h l y   a d v an ce d   w h al e  o p ti m iza tio n   al g o r ith m   in   o r d er   to   d i m in is h   as  m u c h   as  p o s s ib le   th e  i m p ac t  o f   ch at ter in g   b eh av io r   an d   th u s   ac h ie v in g   r eli ab le  an d   co n s is te n t   s tab ilit y   b y   f i n d in g   b es t  v alu es  o f   g ai n   G   an d   t h e  s lo p e  o f   s lid in g   s u r f ac e  δ   f o r   ( C SM C R )   to   e n s u r e  t h e   s tab ilit y   o f   s i n g le  in v er ted   p en d u lu m   as a   n o n li n ea r   s y s te m   c ase  s t u d y .     T h e  m ai n   o u tl in e  o f   th i s   ar ti cle  as  f o llo w i n g ;  Sectio n   2   p r esen ts   p r o b le m   b ac k g r o u n d ,   in clu d i n g   C o n v en t io n al  Sli d i n g - Mo d e  C o n tr o ller ,   h a n d li n g   o f   ch at te r in g   p r o b lem   u s i n g   t h e  m at h e m atica l   s o l u tio n   o f   th e  b o u n d ar y   la y er ,   a n d   m a th e m atica l  d e s cr ip tio n   o f   t h e  s t u d y   m o d el.   Sectio n   3   p r o p o s es  th e  w h ale   o p tim izatio n   alg o r it h m   as   an   ef f ec ti v e  a n d   u n co n v e n tio n a l  s o lu tio n   f o r   ch a tter in g   p h e n o m e n a.   Sect io n   4   g r ap h icall y   ill u s tr ate s   th e  ef f e ct  o f   th e  p r o p o s ed   o p tim izatio n   tech n iq u e  o n   t h e  r esu l t  b y   u s in g   co n tr o l  ac tio n ,   er r o r ,   d esire d   an d   ac tu al  p o s itio n ,   an d   s lid i n g   r esp o n s e  a s   e v al u atio n   m ea s u r e s .   F u r th er m o r e,   i t   co m p u tatio n all y   p r o v es  s tab i lit y   i m p r o v e m e n t  b y   u s in g   g ain   G  ( x )   an d   s lo p e  o f   s li d in g   s u r f ac e   δ   as   ev alu a tio n   m ea s u r es.  Fi n all y ,   Sectio n   5   s u m m ar izes t h e  co n clu s io n   o f   t h is   w o r k .       2.   P RO B L E M   B ACK G RO UND   2 . 1 .     C o nv ent i o na l   s lid ing - mo de  co ntr o ller  ( CS M CR)     T h e  h ig h   co m p atib ilit y   a n d   ef f icien c y   o f   th e  C o n v e n tio n al   Sli d in g - Mo d e  C o n tr o ller   p u s h   m o s t  o f   th e  d esig n er s   to   u ti lize  it  in   o r d er   to   s o lv e  th e  n o n li n ea r it y   p r o b lem   o f   c h an g ea b le  s y s te m s .   T h e  o p er atio n   o f   C SM C R   ca n   b e  d escr ib ed   in to   s tag e s :     a)   R ea ch i n g   s ta g e :  u n d er   th is   p h ase,   th e  tr aj ec to r y   g r a v itat es  to   th e  s lid in g   s u r f ac e.   On ce   th e  s tate   tr aj ec to r y   r ea ch es t h e  s lid i n g   s u r f ac e,   t h at  m ea n s   th e  s lid in g   s tag e  i s   ac tiv a ted .   b)   Sli d in g   s ta g e :  u n d er   th is   p h as e  th e  s y s te m   s tate  tr aj ec to r y   is   n ec ess itated   to   w ait  o n   th e  s lid in g   s u r f ac e   th en   g lid i n g   to w ar d s   t h e   o r ig i n   in   li m i ted   ti m e  as  s h o w n   i n   Fig u r e  2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 ,  Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 4 4   -   7 5 6   746       Fig u r e  2 .   T h e  t w o   s tag e s   o f   t h e  s tate  tr aj ec to r y   in   C SM C R       T h e  m at h e m atica l d escr ip tio n   o f   th e  s w itch in g   s u r f ac e  i s :                                              ( 1 )     w h er e      is   a  co n s ta n t p o s iti v e  p ar a m eter ,   m at h e m atica ll y   er r o r   an d   d er iv ativ es c a n   b e  ex p r ess ed   as b elo w :                                                      w h er e            is   th e  f i n al  an g le  p o s itio n   ( s et  p o in t)   th at  r ep r esen ts   th e  s tep   in p u t.  T h er eb y ,   th e  ( 1 )   ca n   b e  r e w r itte n   as:                                    ( 2 )     w h e n       is   eq u al  to   o n e ,  ( 2 )   w ill  b ec o m e:                                ( 3 )     B asicall y ,   t h e  co n tr o l f o r m u la  o f   th e  Sl id in g - Mo d e  C o n tr o lle r   ca n   b e  ex p r ess ed   as b elo w :                             ( 4 )     w h er e,            is   t h e  n o m i n al  co n tr o l  f r ag m e n t  w h ic h   i s   w o r k in g   o n   g u id i n g   t h e  s y s te m   s tate   tr aj ec to r y   to w ar d   s lid in g   s u r f ac e  (      =  0   ) ,   an d             is   th e  d is co n tin u o u s   co n tr o l  f r ag m e n t  th a t  p r er eq u is ite  in   o r d er   to   u p h o ld   th e  s tate  tr aj ec to r y   n ea r b y   to   t h e  s w itc h i n g   s u r f ac e.   T h e  d is co n tin u o u s   co n tr o l          is   d escr ib ed   b elo w   [ 1 1 ] :                                         ( 5 )     w h er e    (   )   is   a  d is co n ti n u o u s   g ain   an d         (   )   is   a  s i g n u m   f u n ctio n   Fi g u r e  3 .           Fig u r e  3 .   T h e  m at h e m atica l p a tter n   o f   t h e  s i g n u m   f u n ctio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       E va lu a tio n   o f th e  s ta b ilit y  en h a n ce men t o f th e   co n ve n tio n a l  s lid in g   mo d e  . . . .   ( A w s   Ma h mo o d   A b d u lla h )   747   C o n s eq u en tl y   ( 4 )   ca n   b ec o m e:                                          ( 6 )     I n   ad d itio n   to   th e  d er iv ati v e  o f   th e  s lid i n g   v ar iab le  ex p r ess ed   as b elo w :                             ( 7 )     T h e  m o s t  i m p o r tan t   t h i n g   is   to   u p h o ld   th e     s(   ,    )   n ea r b y   to   t h e  s lid in g   s u r f ac e.   T h e  co m m o n   f o r m u la  f o r   th e  n o n l in ea r   s y s t e m   ca n   b e  ex p r es s ed   as b elo w :                                               ( 8 )     W ith   t h e  p u r p o s e  o f   m a k i n g   t h e  r ig h t  s id e  i n   ( 7 )   eq u al  to   0 ,   th e  s w itc h i n g   g ai n   G(   )   s h o u ld   b e  tak e n   m at h e m a ticall y   as  b elo w :                                                                                                  ( 9 )     T h e  m ai n   p r o b le m   th at   ca n   b e   s u m m ar ized   i n   th e   ex is te n ce   o f   s i g n u m   f u n ctio n   i n   t h e   d is c o n tin u o u s   co n tr o l  f r ag m en t  in   as  s h o w n   in   ( 6 )   r ep r esen ts   t h e  ca u s e  o f   ch atter i n g   b eh a v io r   o r   is s u e ,   it  is   a  n o ticea b le  d o w n s id e  in   t h e  s lid i n g   m o d e  co n tr o ller ,   an d   it h as  a  n e g ati v e  ef f ec t o n   th e  s y s te m ` s   s tab ili t y .       2 . 2 .     H a nd lin g   o f   cha t t er ing   pro ble m   u s ing   m a t he m a t ica l   s o lutio n o f   bo un da ry   la y er   On e  o f   th e   o f f er ed   s o lu t io n s   f o r   tack li n g   c h atter i n g   b e h av i o r   is   u til izin g   t h e  b o u n d ar y   l a y er ;   t h e   s ig n u m   f u n ct io n   is   s u b s tit u ted   b y   s at  f u n ctio n   a s   s h o w n   i n   F ig u r e  4   in   ( 6 )   as b elo w :                                        ( 1 0 )     T h e  m at h e m atica l e x p r ess io n   o f   s at   f u n ctio n   i s :                    {                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                ( 1 1 )           Fig u r e  4 .   T h e  m at h e m atica l p a tter n   o f     ( )  f u n c tio n       2 . 3 .     Study   m o de l   As  n o n li n ea r   s y s te m   e x te n s i v el y   u til ized   f o r   ass ess i n g   th e  co n tr o l  q u alit y   in   n u m er o u s   r esear ch es,   a  s in g le  i n v er ted   p en d u lu m   w a s   in v esti g ated   i n   th e  p r o p o s ed   s tu d y   f o r   co n tr o llin g   p r ec io u s l y   it ` s   p o s itio n   o r   d is p lace m e n t  w i th   h i g h   s ta b ilit y   [ 2 4 ] ,   th e  r e s p o n s e  o f   s i n g le   i n v er ted   p en d u l u m   ca n   b e  e x p r ess ed   m at h e m a ticall y   as b elo w :    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 ,  Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 4 4   -   7 5 6   748                                                                                                                                                   ( 1 2 )     w h er e:         : a n g u lar   d is p lace m en t ( r ad )   o f   th e  p e n d u l u m   r ep r ese n ts   t h e  co n tr o l v ar iab le  o r   th e  s y s te m   o u tp u t               :   an g u lar   v e lo cit y   ( r ad / seco n d )         : p en d u lu m   ca r t  m as s   ( k g )   m   : p en d u lu m   m as s   ( k g )            : p en d u lu m   le n g th   ( m )   A   : c o n s ta n t - co e f f icie n t ,   an d   it is   ca lcu lated   b y   (   /  + )          : g r av it y   ac ce ler atio n   ( a n d   it s   v alu e  i s   eq u al  to   9 . 8   m /s ec 2 )   (   )   : e x ter io r   d i s tu r b an ce   ap p lied   to   th e  s y s te m         :   co n tr o l a ctio n   ( in   v o lt)   T h e  d escr ib ed   s y s te m   e x p er ie n ce s   n o ticea b le  d ev iatio n s   o f   th e  ab o v e  co n s tr ai n ts .   T h e  u n ce r tain ties   v alu e s   o f   p en d u l u m   ca r t  m as s ,   p en d u lu m   le n g th ,   an d   p en d u lu m   m as s   ar e  0 ,   ± 0 . 2 ,   an d   ± 0 . 0 8 ,   r esp ec tiv el y .   T ab le  1   illu s tr ates t h e  n o m i n al ,   least a n d   g r ea tes t v al u es  w h e n   th e  p ar a m e ter s   in f l u e n ce d   b y   u n ce r tai n t y .         T ab le   1 .   T h e  co n s tr ain ts   v al u e s   d u e  to   th e  i n f l u e n ce   o f   u n ce r tain t y   co n d itio n s   [ 1 5 ]   C o n st r a i n t   N o mi n a l   L e a st   G r e a t e st   M   1   1   1         0 . 5   0 . 3   0 . 7   m   0 . 2   0 . 1 2   0 . 2 8       T h e  er r o r   in   d is p lace m e n t   b et w ee n   t h e   p r ef er r ed   an d   t h e  r e al  an g le  o f   th e   s i n g le  i n v er ted   p en d u l u m   s y s te m   ca n   b e  ex p r ess ed   i n   th e  b elo w   eq u atio n :    Ass u m e  th e  er r o r   o f   d is p lace m en t is                                           r ef er en ce   d is p lace m e n t ,   an d   i t r ep r ese n ts   a  s tep   in p u t   Ass u m e  th e  a n g u lar   v e lo cit y   e r r o r   is   tak en   as                                                                                                                  Du e  to               is   co n s ta n t t h e  ab o v e - m en tio n ed   eq u atio n   is   e x p r ess ed   as b elo w :                                                                                                                                                                                                                                            ( 13 )     I n   o r d er   to   attain   s w i tch i n g ,   g ain   G(   ) .   I t  i s   n ec es s itated   th at  t h e  d er i v ati v e  o f   t h e  s lid in g   m o d e   v ar iab le  eq u al  to   ze r o                            ( 14 )     b y   r ep laci n g   ( 1 2 ) ,   ( 1 3 )   an d   ( 5 )   in   ( 1 4 ) ,                                                                                                                                                                                      ( 15 )     I n   o r d er   to   d esig n   C o n v e n ti o n al  Sl id in g - Mo d e  C o n tr o lle r   f o r   Si n g le  I n v er ted   P en d u l u m ,   ( 6 )   is   ex p r ess ed   in to   b elo w   f o r m :                                                                                                                                                                                                                                                     (1 6 )     Si m i lar l y ,   w it h   u s i n g   s at  f u n ct io n   th e  eq u at io n ,   1 0   w ill b e  ex p r ess ed   as b elo w :                                                                                                                                                                                                                                                      (1 7 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       E va lu a tio n   o f th e  s ta b ilit y  en h a n ce men t o f th e   co n ve n tio n a l  s lid in g   mo d e  . . . .   ( A w s   Ma h mo o d   A b d u lla h )   749   3.   T H E   P RO P O SE D  M E T H O D   3 . 1 .     I ntr o du ct io n   T o d ay ,   Me ta - h eu r i s tic  o p ti m i za tio n   al g o r ith m s   h a v e  b ee n   th e  m o s t   co m m o n   to o ls   i n   n u m er o u s   en g i n ee r i n g   p r o b lem s   d u e   t o   th ese  a lg o r it h m s   d ep en d   o n   r elativ e l y   s i m p le  p er ce p tio n s ,   a n d   th e y   ar e   ap p licab le  ea s il y .   On e   o f   th e s e  al g o r ith m s   is   th e   W h ale   Op ti m izatio n   A l g o r it h m ,   w h i ch   i s   cr ea ted   o n   th e   h u n ti n g   m et h o d   o f   b alee n   w h a le  ( W OA ) .   T h is   u n iq u e  c h asi n g   p r o ce s s   is   en titl ed   b u b b le - n e t  f ee d in g   s tr ate g y .   W h ales tr y   to   ca tc h   m i n iat u r e  f is h es  n ea r b y   t h e  s ea   s u r f ac e  b y   a  lo o p   p ath   as sh o w n   in   F ig u r e  5 .           Fig u r e   5 .   B u b b le - n et  f ee d in g   t ec h n iq u e  o f   h u m p b ac k   w h ales       T w o   ac ti v itie s   ar e  ass o ciate d   w it h   t h e  ab o v e - m e n tio n ed   co n d u ct  ca lled   u p w ar d - s p ir als  a n d   d o u b le -   lo o p s .   I n   u p w ar d - s p ir als,  w h a les  d iv e  at  d ee p   1 2   m   an d   in s tig a te  to   p r o d u ce   b u b b les  in   o r d e r   to   s u r r o u n d   p r e y ,   a n d   t h en   th e y   s w i m   to war d   th e  s u r f ac e.   W h er ea s   d o u b le -   lo o p s   in c lu d e  t h r ee   s tep s   co r al  lo o p ,   lo b tail,   an d   ca p tu r e  lo o p   [ 2 5 - 29] .     3 . 2 .    M a t he m a t ica l  des cr ipti o n    T h e  W OA   atte m p ts   to   ca lcu la te  th e  cu r r en t  b est  ca n d id ate  s o lu tio n   is   t h e  o b j ec tiv e  p r ey   o r   is   clo s e  th e  b est.  Af ter   th e  b es t  s ea r c h   ag en t   is   d eter m i n ed ,   o th er   s ea r ch   o p er ato r s   w il l  s u cc es s i v el y   atte m p t  to   u p d ate  th eir   p o s itio n s   to w ar d s   t h e  b es t c h ase  a g en t   [ 3 0 ,  3 1 ] .   T h is   b e h av io r   is   e x p lain ed   b y :      D  =  |   C .   X ∗   ( t)   −  X  ( t)   |   ( 1 8 . 1 )     X  ( t +   1 )   =  X ∗ (   t  )   −  A   . D   ( 1 8 . 2 )       w h er e   t   : c u r r en t iter atio n   A ,   C   : c o ef f icie n t  v ec to r s     X ∗     : p o s itio n   v ec to r   o f   t h e  b est s o lu tio n   at tain ed   X   : th e  p o s itio n   v ec to r   |   |   : a b s o lu te  v al u e  a n d   is   a  co m p o n e nt - by - co m p o n e n t  m u ltip lic atio n   Up d atin g   o f   X ∗   i s   b ein g   p er f o r m ed   at  ev er y   iter atio n   i f   t h er e  is   a  b etter   s o lu t io n .   T h e  v ec to r s   A   a n d   C   ar e  ca lcu lated   b y :     A  =  2 a  · r   –   a   ( 1 8 . 3 )     C   =  2   ·   r   ( 1 8 . 4 )     w h er e   a   : d ir ec tl y   less e n ed   f r o m   2   to   0   th r o u g h o u t th e  d u r atio n   i n v e s t ig atio n   a n d   ex p lo itatio n   s ta g e s   r    : a n   ar b itra r y   v ec to r   in   [ 0 , 1 ]   As  s h o w n   i n   ( 1 8 . 2 )   au th o r izes  all  h u n t  o p er ato r s   to   u p d ate  t h eir   p o s itio n s   in   t h e  zo n e  o f   th e  cu r r en t   b est s o lu tio n   an d   r estru c tu r es  s u r r o u n d in g   th e  p r e y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 ,  Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 4 4   -   7 5 6   750   3 . 3 . 1 .   B ub ble - net   a t t a ck ing   s t ra t eg y   ( ex plo it a t io n pha s e) :     T w o   s tr ate g ies ar e  ex p lo ited   t o   f ig u r e  th e  f ee d in g   b eh a v io r   o f   h u m p b ac k   w h ale s   as b elo w :    a)   Sh r i n k i n g   cir clin g   s y s te m :    T h is   m a n n er   i s   ac h ie v ed   b y   d i m i n is h i n g   t h e  e s ti m atio n   o f   an   in   t h e  ( 1 8 . 3 ) .   Mo r eo v er ,   th e  f lu ct u atio n   s co p e  o f   A   i s   d i m in is h ed   b y   a.   I n tr in s icall y   A  is   a   r an d o m   v a lu e  i n   t h e  p er io d   [ −a ,   a]   w h er e   a  is   le s s e n ed   f r o m   2   to   0   as  ab o v e  ex p lain ed .   Settin g   A   in   [ −1 , 1 ] ,   th e  n e w   p o s itio n   o f   an   i n q u ir y   o p er ato r   ca n   b e  co n s id er ed   an y w h er e  i n   t h e  m id d le  o f   t h e   f ir s t   p o s itio n   o f   t h e  s p ec iali s t   an d   th e   p o s itio n   o f   t h e  c u r r en t  b e s t  s p ec iali s t  a s   shown in  Fig u r e   6 ( a ).   b)   Sp ir al  r ed esig n i n g   p o s itio n :    Fig u r e   6( b ) ,   th is   m et h o d   s p ec if ies  p ar ti n g   b et w ee n   th e  w h ale  p o s itio n ed   at  ( X,   Y)   an d   p r ey   p o s itio n ed   at  ( X  ∗ ,   Y  ∗ ) .   T h en   w i n d in g   co n d itio n   i s   co m p l eted   b et w ee n   t h e  lo ca tio n   o f   w h ale  an d   p r e y   to   r ef lect  th e  h eli x - m o ld ed   ad v an ce   o f   h u m p b ac k   w h ales a s :      X  (   t +   1   )   =   D'   . e bl  . co s   (   2   πl  )   +  X ∗ (   t )   ( 1 8 . 5 )     w h er e  D '   =  |   X ∗ ( t)   −  X  ( t)   |   an d   d eter m i n es t h e  p ar tin g   o f   t h e   i th   w h ale  to   th e  p r e y ,   b   : c o n s is te n t  f o r   p o r tr ay i n g   t h e  s tate  o f   t h e  lo g ar it h m ic  w in d i n g   l    :   r an d o m   n u m b er   in   [   −1 , 1 ]   S w i m m i n g   o f   h u m p b ac k   w h ales  ar o u n d   t h e  p r e y   i s   i n s i d e  a  n ar r o w i n g   c ir cle  an d   a lo n g s id e  a   w i n d i n g   f o r m ed   w a y .   I n   o r d er   to   r ep r esen t  th i s   s i m u ltan eo u s   b eh a v io r   m a th e m atica ll y ,   ass u m in g   t h er e  is   a   p r o b a b ilit y   o f   h al f   to   ch o o s e  b et w ee n   eith er   t h e  n ar r o w i n g   s u r r o u n d i n g   co m p o n en t  o r   th e  w in d i n g   f o r m   to   r en o v ate  t h e  p o s itio n   o f   w h ale s   a m id   r ea r r an g e m e n t a s   s h o wn   in   t w o   b elo w   eq u atio n s .       X  (   t +   1   )   =     X ∗ (   t )   −  A   .   D                                                                      if   p   <  0   .   5   ( 1 8 . 6 )     X  (   t +   1   )   =     D'   . e  bl   . co s   (   2   πl   )   +  X ∗ (   t )                             if   p   ≥   0   .   5   ( 1 8 . 7 )     w h er e  p   is   an   ar b itra r y   n u m b e r   in   [ 0 , 1 ] .       ( a)   ( b )     Fig u r e   6 .  ( a)   S h r in k in g   en cir cl in g   m ec h an is m ,   ( b )   S p ir al  u p d atin g   p o s itio n       3 . 3 . 2 .  P ro be  f o r   prey   ( inv esti g a t io n pha s e)     C er tain l y ,   w h a les  lo o k   f o r   r an d o m l y   ac co r d in g   to   th e  p o s itio n   o f   ea ch   o th er .   Un d er   th is   w a y ,   A   i s   e m p lo y ed   w it h   t h e  a s y m m etr ical  q u alit ie s   g r ea ter   th a n   1   o r   b elo w   −1   s o   as  to   d ir ec t  th e  s ea r c h   a g en t   to   tr an s f er   a w a y   f r o m   a   r ef er e n c e  w h ale.   R at h er   t h a n   t h e  e x p l o itatio n   p h a s e,   t h e  p o s itio n   o f   an   in q u est   o p er ato r   h as b ee n   u p d a ted   in   t h e  i n v est ig atio n   s ta g e  ac co r d in g   to   an   a r b itra r ily   c h o s e n   s ea r c h   ag e n t  r ath er   th a n   t h e  b est   ch ase  o p er ato r   ex p o s ed   in   th is   w a y .   | A|   g r ea ter   th an   1   f o cu s es  ex a m in at io n   an d   ac ce p ts   th e  W OA   ca lcu latio n   to   co m p lete  a  g lo b al  ch ase.   M ath e m atica ll y   t h e  p r o ce d u r e  ca n   b e  d escr ib ed   as b elo w :       D  =  |   C   .   X  r an d   −  X  |   ( 1 8 . 8 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       E va lu a tio n   o f th e  s ta b ilit y  en h a n ce men t o f th e   co n ve n tio n a l  s lid in g   mo d e  . . . .   ( A w s   Ma h mo o d   A b d u lla h )   751   X  (   t +   1   )   =   X  r an d   −  A   .   D   ( 1 8 . 9 )     I n   th e  p r o p o s ed   w o r k ,   W O A   w a s   e m p lo y ed   in   o r d er   to   f in d   b est  s ea r ch   a g en t  ( X * ) ,   w h ic h   is   lead i n g   to   co m p u ti n g   o p ti m al  o r   clo s e   to   o p tim al  v alu e s   o f   g ai n             an d   s lo p e  o f   s lid in g   s u r f ac e  δ  o f   ( C SM C R )   an d   th er eb y   ac h ie v i n g   h i g h   s tab ili t y   f o r   a  s in g le  i n v er ted   p en d u lu m .   T h e  co m p r eh e n s iv e  p r o c ed u r e  o f   W O A   in   th e  p r o p o s ed   w o r k   ca n   b e  s u m m ar ized   in   t h e   Fi g u r e   7 .             Fig u r e   7.   T h e  co m p r eh en s i v e  p r o ce d u r e  o f   W OA   in   t h e  p r o p o s ed   w o r k         I t  is   w o r th y   o f   m en t io n i n g   t h at  th e  n u m b er   o f   s ea r ch   ag en t  an d   th e  m o s t  s i g n i f ican t  n u m b er   o f   iter atio n s   w as  3 0   a n d   3 0 0   r esp ec tiv el y ,   as  w ell  a s   co n s id er in g   m en tio n ed   ab o v e  h i g h e s t  v alu es   o f   u n ce r tain t y   co n d itio n .  A d d itio n all y ,   d is t u r b an ce   w it h   a  v al u e  o f   0 . 4 .   A d d itio n all y ,   t h e  p r o p o s ed   in v e s ti g atio n   w as   co n d u cted   u s i n g   Ma tlab   7 . 8   v er s io n   o n   a  lap to p   o f   I n tel  p r o ce s s o r ,   C P U  3 5 0 @   2 . 2 7   GHz ,   R A M     4   GB   ( 2 . 9 9 G B   u s ab le) ,   o p er ati n g   s y s te m   6 4   b it.       4.   RE SU L T   AND  DI SCUS SI O N    4 . 1 .     CS M CR  w it h  s ig n f un ct io n    T h e  co n tr o l  ac tio n ,   th e  r elatio n s h ip   b et w ee n   er r o r   an d   its   d er iv ati v e,   d esire d   an d   ac tu al  p o s itio n   a s   w ell  a s   s lid i n g   r esp o n s e  h a v e  b ee n   illu s tr ated   in   Fi g u r e   8 ( a ) - ( d ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 ,  Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 4 4   -   7 5 6   752     ( a)         ( b )       ( c)       ( d )     Fig u r e  8 .  ( a )   C o n tr o l a ctio n   w i th   s i g n   f u n ctio n ,   ( b )   R elatio n s h ip   b et w ee n   er r o r   an d   its   d er iv ativ e  w it h   s i g n   f u n ctio n ,  ( c )   T h e  ac tu al  an d   d esire d   p o s itio n   w ith   s i g n   f u n cti o n ,   ( d )   Sli d in g   r esp o n s e  w i th   s ig n   f u n c tio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       E va lu a tio n   o f th e  s ta b ilit y  en h a n ce men t o f th e   co n ve n tio n a l  s lid in g   mo d e  . . . .   ( A w s   Ma h mo o d   A b d u lla h )   753   4 . 2 .     CS M CR  w it h  s a t   f un ct i o n    Si m i lar l y ,   t h e  v al u es a s   m e n ti o n ed   ab o v e  w it h   s at  f u n ctio n   h av e  b ee n   i llu s tr ated   in   F ig u r e   9 ( a ) - ( d ).           ( a)       ( b )       ( c)       ( d )     Fig u r e  9 .   ( a)   C o n tr o l a ctio n   w i th   s at  f u n ctio n ,   ( b )   R elatio n s h i p   b et w ee n   er r o r   an d   its   d er iv at iv e  w it h   s at  f u n ctio n , ( c )   A ct u al  an d   d esire d   p o s itio n   w it h   s at  f u n c tio n , ( d )   Sli d in g   r esp o n s e  w it h   s at  f u n ctio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.