I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0 ,   p p .   5 8 0 2 ~ 5 8 1 2   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 6 . pp 5 8 0 2 - 5 8 1 2          5802       J o ur na l  ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   M o del  p r edictive  c o ntr o l of  m a g ne t ic  l ev itatio n  s y ste m       L a f t a   E .   J u m a a   Al k ura w y 1 ,  K ha lid   G .   M o ha m m ed 2   1 De p a rtm e n t  o f   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   Un iv e rsitas   o f   Di y a la,  I ra q   2 De p a rtme n t  o f   El e c tri c a l  P o w e r  a n d   M a c h i n e   En g i n e e rin g ,   Un iv e rsitas   o f   Di y a la,  I ra q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   11 ,   2 0 20   R ev i s ed   Ma y   8 ,   2020   A cc ep ted   Ma y   26 ,   2 0 2 0       In   th is  w o rk ,   we   su g g e st  a   te c h n iq u e   o f   c o n tro ll e r  d e sig n   t h a t  a p p li e d   t o   s y ste m s  b a se d   o n   n o n li n e a r.   W e   in f o r m   th e   su ff icie n t  c o n d it io n s  f o r     th e   sta b il it y   o f   c lo se d   lo o p   s y ste m .   T h e   a s y m p to ti c   sta b il it y   o f   e q u il i b ri u m   a n d   th e   n o n li n e a r  c o n tro ll e r  c a n   b e   a p p li e d   to   im p ro v e m e n t  th e   sta b il it y   o f  m a g n e ti c   le v it a ti o n   sy ste m   (M a g L e v ).   T h e   M Ag Lev   n o n li n e a r  n o d e l  c a n   b e   o b tai n e d   b y   sta te  e q u a ti o n   b a se d   o n   L a g ra n g e   f u n c ti o n   a n d   m o d e l  p re d ictiv e   c o n tro l  h a s  b e e n   u se d   f o r  M a g L e v   s y ste m .   K ey w o r d s :   M ac h i n e   M ag n e tic  lev itatio n   s y s te m   M o d elin g   o f   n o n li n ea r     MP C   co n tr o l   Co p y rig h t  ©   2 0 2 0   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   L a f ta  E s m ae el  J u m aa   A l k u r a wy ,     Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics E n g in ee r i n g ,   Un i v er s it y   o f   Di y ala,   Qu d s   Sq u ar e,   B aq u b a,   Di y ala,   I r aq   E m ail:  la f ta_ 6 7 @ y a h o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h e  m ain   p r o b lem   o f   th e   m a g n et ic  le v itatio n   s y s te m   ( Ma g L ev )   i s   h u m a n   t h at  ca u s es  t h e  d ea th   i s     a  d is ea s e  o f   h ea r t.  T h e  d is e ases   h av e  d i f f er en t  f o r m ,   f r o m   t h e  s i m p les t  to   d if f ic u lt  a n d   r is k s   f o r m s   a s   tr an s p lan tatio n   o f   h ea r t.  Si n ce   th e  tec h n o lo g y   u p g r ad e,   it  i s   f ea s ib le  to   g et  n e w   c h an ce s   i n   m ed ical  to o ls   to   in f o r m   t h e  r i s k s   to   o u r   h ea r t.   T h er e  ar e   m an y   m o d eli n g   o f   h ea r t  o f   h u m a n   h av e   b ee n   a p p lied   b y   p h y s ical   m o d el  a n d   co m p ar e  w i th   r ea l  s y s te m s .   Seo ,   et  al. ,   [ 1 ] ,   th e y   p r o p o s ed   th e  r esu lts   o f   e x p er i m e n tal  a n d   an al y s i s   o f   a  s i n g le -   s id ed   f o r   m o to r   w h ic h   is   a  li n ea r   i n d u ctio n   ( S L I M)   n o r m a l  an d   t h r u s t  f o r   m ag n etic  lev i tatio n   ( m ag lev )   tr an s   w h ic h   is   s e m i  h ig h   s p ee d .   T ak ao ,   et  al. ,   [ 2 ] ,   t h e y   s t u d ied   a  m a g n etic  lev itati o n   s y s te m   ( Ma g lev )   w it h   f er r o m ag n etic  m ater ial   an d   h ig h   te m p er at u r e  s u p er co n d u cti n g   ( HT S).   T h ey   i m p r o v ed   th e  p r o p er ties   o f   lev itatio n   s y s te m   b y   c h an g i n g   th e  p er m a n e n t  m ag n et   in to   a   h ig h   te m p er at u r e  s u p er co n d u c tin g .   T h e  r esu lts   o f   n u m er ical   an al y s i s   d is p la y ed   th at  th e   f o r ce   o f   m a x i m u m   r esto r in g   a n d   f o r ce   o f   m a x i m u m   le v itatio n   w er e   3 3 8 g   an d   1 5 5 0 ,   r esp ec tiv el y ,   w h ic h   ar e  4 . 6   an d   1 4   tim es  g r ea t er   th a n   th e  p ar a m eter s   f o r   a  s y s te m   th a t  b ased   o n   p er m an e n t  m ag n et .   T h ey   d i s p la y ed   t h eir   d ata  as  t h e  f o r ce   o f   p ea k   le v itatio n   d ec r ea s ed ,   th e  d is ta n ce   in cr ea s e d ,   w h ile  t h e  f o r ce   o f   r eso r tin g   i n cr ea s ed .   T h e y   i m p r o v ed   an d   s u cc ee d ed   th e  p r o p er ties   o f   lev itati o n   s y s te m .   Su n ,   et  al. ,   [ 3 ] ,   th e y   d ev e lo p ed   a  v eh icle  o f   h y b r id   m a g n e t ic  le v itatio n   s y s te m   u tili zi n g   s u p er co n d u cti n g   m a g le v   ( SM L )   a n d   p er m a n en t  m a g lev   s y s te m   ( P ML ) .   I t  is   co llected   o f   a   m a g le v   f r a m e,     an   SM L   an d   a  P ML .   T h e  f r a m e  o f   m ag le v   is   s tr u ct u r ed   t o   h elp   th e  lo ad   b o d y   o f   v e h icle  an d   ass o ciate d     th e  co m p o n e n ts   o f   m a g lev .   T h e  p ar t  o f   SML   w it h   f o r ce s   o f   p in n i n g   i s   u s ed   to   ass u r an ce   t h e  f o r ce ,   th e  p ar t  o f   P ML   w ith   d is h ar m o n y   f o r ce   is   s tr u c tu r ed   to   h elp   th e  lo ad .   A   m ea s u r e m e n ts   o f   v ib r atio n   ac ce ler atio n   f o r     th e  co m p o s i te  v e h icle   w as   o r g an ized   b y   d is s i m ilar   s ta tes,  in co r p o r atin g   d i f f er en t  d i f f er en t  p u ls e  a n d   lo ad s   ir r itatio n s .   T h e  p r o d u cts  o f   ex p er i m e n tal  d is p la y   t h e  f ea t u r es  o f   d y n a m ic  ar e  d is s i m ilar   b et w ee n   t h e  later al  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d el  p r ed ictive  co n tr o l o f  m a g n etic  levita tio n   s ystem  ( La ft a   E .   Ju ma a   A lku r a w y)   5803   an d   v er tical  o r ien tatio n s .   T h ey   g o t  r es u lts   to   h e lp   an   in s i g h t  to   th e  v e h icle  o f   co m p o s ite  m ag n etic  le v ita tio n   e m p lo y ed   P ML ,   SM L   an d   est ab lis h   ar g u m en t o f   t h e  o p ti m iz atio n   an d   p r o m o tio n   L i m ,   et  al. ,   [ 4 ] ,   th ey   p r ese n t ed   th e  ch ar ac ter is tic s   o f   elec tr o m a g n etic  f o r   an   in d u c tio n   m o to r   in   n o n l i n ea r   p r o p er ties   f o r   Ma g L e v   in   h i g h   s p ee d .   T h e  m a g n et ic  lev itat io n   tr ain   i m p et u s   s y s te m   s u p p lie s   ex ce p tio n al  r id e  s ta n d ar d ,   b u t  h as  d r a w b ac k   in   t h e  ap tit u d e  o f   p r o p u ls io n   is   litt le  o win g   to   its   i n tr i n s i c   p r o p er ties .   T h e  m ag le v   tr ai n s   i m p et u s   s y s te m   w it h   co m p ar at iv el y   h u g e  air   ap er tu r e,   th e   ex p an d   i n     th e  e f f ic ien c y   o f   p r o p u ls io n   s t a y s   a  s ig n i f ica n t  p r o b lem .   T h e  i m p etu s   s y s te m   m a k es  a n   u p r ig h t  f o r ce   th r o u g h   i m p etu s   co n tr o l  s y s te m .   T h e  p r o p er ties   o f   elec tr o m a g n e tic   f o r   t h e  v er tical   f o r ce   o f   i m p etu s   s y s te m   to   b e  ac cu r ate  th e  s tab ilit y   o f   th e  i m p etu s   s y s te m .       C h e n ,   et  al. ,   [ 5 ] ,   th e y   s t u d i ed   a  tech n iq u e  to   ex a m i n e  t h e  f ea t u r es   o f   t h e  elec tr o m a g n et ic  f o r   th e  Ma g L ev   w h ic h   co m p r is es  p er m an e n t  m a g n e ts   ( P Ms )   an d   h i g h   te m p er at u r e  s u p e r co n d u cto r   ( HT S).     T h e  m e th o d   is   co n s tr u cted   o f   f i n ite  ele m e n t  i n co r p o r atin g   w it h   H  in f i n it y   f o r m u latio n ,   t h at  is   u s ef u l  f o r   ax i s   in   2 - D  s y m m etr ic  i s s u es   w h ic h   co m p r i s e  t h e  m ater ial  o f   h i g h   te m p er atu r e  s u p er co n d u cto r .   T h e  f o r ce   o f   ax ia l  lev itatio n   f o r   th e  m o d el  i s   ca lcu lated   p r o p er ties   o f   n o n li n e ar   f o r   HT S  b u l k .   T h e  r esu lt s   o f   ex p er i m en t  o f     th e  s y s te m   ar e  ac q u ir ed   an d   co n tr asted   w it h   r esu l ts   o f   s i m u lat io n   w it h   t h e  r esu lts   t h at  s h o w   b et w ee n   s i m u lat io n   an d   e x p er i m e n tal  a r e  m a tch ed   w ell.   Xu ,   et  al. ,   [ 6 ] ,   th e y   s u g g e s te d   a  r ea l - ti m e  w r e n c h   m o d el   ( R R W M)   w it h   FP G A ;  f o r   t h e  m o m e n t     an   M L A  ab le  o f   r o tatio n   a n d   t r an s latio n   i n   t h e  h o r izo n tal   p lan e.   I n   o r d er   to   g et  t h e  h i g h   p r ec is io n   w it h   p er f ec t   m o s tl y ;  t h e  d is tr ib u tio n   o f   to r q u e  an d   f o r ce   is   w o r k ed   o u t  b y   n o d e  o f   m a g n e tic.   T h e  ca lcu latio n   co m p o n e n t s   ar e  ex p an d ed   o n   ( FP GA )   b y   u tili zin g   t h e  p ar allel  ar ch itec tu r e  p r o ce s s in g   a n d   p ip elin ed   ar it h m e tic.   I n   t h e  test ,   th e  R T W M  o f   th e  co m p u tati o n al  ac cu r ac y   an d   s u g g e s ted   ML A   is   co n tr asted   w it h   th e  m e th o d   o f   f i n it e   ele m e n t.  T h e  r esu l ts   d is p la y   t h at  t h e  d iv er g en ce   o f   r elati v e  is   n o t  m o r e  th a n   2 %  s elec ti n g   th e  r es u lt s   o f   FEM   as a   p o in t o f   r ef er en ce .   C h e n ,   et  al. ,   [ 7 ] ,   th e y   s u g g e s ted   a  n o v el  o f   m ag n etic  le v itatio n   ( Ma g le v )   s y s te m   f o r   6 - DOF  to   p r o g r ess   t h e  d esi g n   a n d   r o b u s t.  T h e  co n ce p t  o f   d es ig n   e n d ea v o r s   to   k ee p   ex ce l len t   p er f o r m a n ce   i n   tr ip   o f   m o v i n g   i n s tead   th a n   p o s it io n   to   p o s itio n   f o r   ac cu r ac y .   T h e y   atte m p ted   to   e x p an d   th e   s y s te m   w it h   r a n g e   o f   lar g e  p r ed icted .   T h ey   s tr u ct u r ed   th e  f o r ce   m o d el  in   r elati n g   d is s i m ilar it y   f r o m   th e  d i s tan ce   to   f o r ce s   o f   m ag n etic  le v itatio n   an d   o b v iate  th e  r estrictio n   o f   m a g le v   to   b e  r e p u ls iv e  le v itatio n .   T h ey   ad o p te d   an d   b u ilt   th e  s y s te m   a n d   m atc h ed   th e  e x p er im e n tal  r es u lt s .   Sp ałek   [ 8 ] ,   h e   p r o p o s ed   th e  s o lu tio n   o f   a n al y tical   m e th o d   f o r   m ag le v   p r o b le m   f o r   co n d u ctiv e  b all s   an d   m a g n et icall y   a n i s o tr o p ic.   T h e  m a g n e tic  f ie ld   u s e s   s w i r l  cu r r en ts   i n   th e  co n d u cti v e  b alls   an d   m a g n etic.   T h e  f o r ce   o f   m ater ial   b y   in h o m o g e n eit y   o f   r el u cti v it y   a n d   t h e  f o r ce   b y   s w ir l   cu r r en t  lead   in to   le v itatio n   b all.   T h e  m a g le v   f ie ld   is   r eg u late d   b y   m a n n er s   o f   m et h o d   o f   v ar iab le  s ep ar atio n .   He  ca lcu la ted   th e  f o r ce s   o f   m ater ial  ac tin g   o n   t h e  b all   a n d   L o r en tz  a n d   ca lc u lated   t h e  p o w er   lo s e s   b y   m an n er s   o f   P o y n y i n g   s u r f ac e  in te g r al  an d   J o u le  v o lu m e  i n te g r al  an d   u s ed   Ma x w ell  to   e v al u ate  th e  to tal  f o r ce .   Mo r an d i,  et  al. ,   [ 9 ] ,   th ey   i n v esti g a ted   th e  f o r ce   o f   lev itati o n   is   b et w ee n   a  p er m a n en t  m ag n et  an d   y ttri u m   b ar i u m   co p p er   o x id e  ( YB C O)   w h ic h   it  is   s i n g le - g r in .   T h e  f o r ce   test ed   in   co n d iti o n   o f   f ield   co o lin g   an d   co o lin g   w i th   ze r o   f ie ld .   T h e y   a n al y ze d   th e   p o w er   d i s s ip atio n   an d   p ea k   le v itati o n   f o r ce   an d   u s ed     a  n u m er ica l  a n al y s is   to   f o llo w  u p   t h e  elec tr o d y n a m ics   o f   m a g lev   s y s te m .   T h e y   o b tain ed   a   p er tin en t   o b s er v ed   f o r   cy c le  o f   lev itat io n   at  tem p er at u r e  w it h   h i g h   d eg r ee   an d   a  g o o d   p r o d u ctio n   f o r   t h e  m ea s u r ed   d ata.     T h ey   o b tain ed   cr itical  c u r r en t  d en s it y   b y   m an n er s   o f   t h e  n u m er ical  m o d el  to   f ir   t h e  m ea s u r ed   d ata.   C h e n ,   et   al. ,   [ 1 0 ] ,   th e y   s t u d ied   an d   i m p r o v ed   t h e  s ea l  ca p a cit y   a n d   s ea l in g   l if e   f o r   m a g l ev   s y s te m .   T h ey   u s ed   th e  f i n ite  ele m e n t  m et h o d   to   p r e d ict  th e  m ag n e t ic  f ield .   T h e  m a g n etic   f lu id   th ick n es s   o n     th e  r ec ip r o ca tin g   f ield   s u r f ac e   an d   th e  m ag n etic  f l u id   f lo w   r ate  ar e  g o t  b y   th ea tr ical  m et h o d ;   th e  ca p ac it y   o f   s tatic  s ea l  is   r elate d   to   th e  v o lu m e  o f   f l u id   b y   m ea s u r e m en ts   r es u lt s .   T h e  ca p ac ity   o f   s tatic  s ea l  g o t  b y   ex p er i m e n t  is   n ea r l y   eq u iv a le n t  to   th e  s i m u lat io n   v al u e  w it h   th e  f l u id   o f   th e  m ag n etic.   T h e y   g o t  a   g o o d   r esu lt   b et w ee n   th e  m o tio n   o f   s h a f t a n d   s ea li n g   li f e  a n d   it d ec r ea s es   w it h   i n cr ea s i n g   t h e  v e lo cit y   a n d   s tr o k e.   Qi y ,  et  al. ,   [ 1 1 ] ,   th e y   p r o p o s ed   a  n o v el  d esi g n   f o r   co n tr o ller   t ec h n iq u e  w h ic h   t h e  s y s te m   i s   n o n li n ea r .   T h ey   estab li s h ed   s o m e   ad eq u ate  co n d itio n s   th at   ar e  ca p ab le   f o r   s tab il it y   w i th   clo s ed   lo o p   b y   m eth o d o lo g y   o f   class ical  p o w er   s h ap i n g .   B y   L y ap u n o v   th eo r y ,   t h e y   d id   th e  co n tr o ller   w it h   n o n li n e ar   s y ate m   a n d   th e   as y m p to te  o f   r eq u ir ed   eq u i li b r ia  s tab ilit y .   T h e y   d e s ig n ed   a  p er f o r m a n ce   co n tr o ller   to   p r o v e  th e   m ag le v   s y s te m   m et h o d o lo g y .   L a h d o ,   et  al. ,   [ 1 2 ] ,   th e y   p r o p o s ed   th e  an al y tical  ca lc u latio n   o f   m a g lev   s y s te m   is   alter n a tiv e  to   r elate d   to   ti m e  w it h   t h r ee   d i m e n s io n s   b y   f i n ite  ele m e n t te c h n iq u e  d u e  to   lo w   co m p u tatio n al  co s t a n d   h ig h er   ac cu r ac y .   T h ey   d eter m i n ed   t h e  le v ita tio n   f o r c e  o f   m a g n etic   g u id an ce   b y   an a l y t ical  m et h o d   th a t  h as   a  s i g n if ica n t   to o l  f o r   h ig h   p r ec is io n   m ag lev   s y s te m   an d   co n tr o lli n g .   T h e  i m p o r tan t  r esu lt   is   th e  p o s it io n   d ep en d e n ce   o f   th e  f o r ce   o f   m ag n etic   le v ita tio n   o v er   t h e  r an g e  o f   w h o le  tr av e l.    Ven g h i ,   et   al. ,   [ 1 3 ] ,   th ey   d ev e lo p ed   a  m ag le v   co n tr o l  s y s te m .   T h e y   lin ea r ized   th e  n o n - li n ea r   s y s t e m   m o d el  ar o u n d   th e  o p er atin g   p o in t.  T h e  s y s te m   h as  t w o   c o n tr o l  lo o p s ,   an   o u ter   p o s itio n   lo o p   an d   an   in n er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 8 0 2   -   5 8 1 2   5804   cu r r en t  lo o p   ar e  s tr u ctu r ed   b y   u s i n g   t h e  li n ea r   s y s te m .   E x p e r i m en tal  an d   s i m u latio n   r es u lt s   ar e  b ein g   s ee n   to   v er if y   t h e  d y n a m ic  r esp o n s e  o f   s u g g es ted   co n tr o l.   Siv r io g lu ,   e t  al. ,   [ 1 4 ] ,   th e y   s tu d ied   t h e  co n ce p t  o f   m u lt i   s u r f ac e  le v ita tio n   b y   u s i n g   o n e  h i g h   te m p er atu r e  s u p er co n d u c to r   ( HT S)  an d   th r ee   p er m a n en t  m ag n et s   ( P Ms)   i n   a  le v itat io n   c o n f i g u r atio n   to   g et   b etter   s tiff n es s   in   a  s u p er co n d u ctin g   m a g n et ic  b ea r in g   s y s te m .   T h e y   m ea s u r ed   th e  r ea l i ze d   an d   lev itat io n   f o r ce s   b y   a n   ex p er i m e n t   an d   th e  le v itatio n   s u r f ac e s   ar e  a ttra ctiv e  p o lar izatio n   o f   th e   P Ms  w it h   t h e  lar g e  le v itatio n   f o r ce .   P atel,   et  al. ,   [ 1 5 ] ,   th e y   in ter es ted   f o r   ap p licatio n s   o f   m a g le v   b ec au s e  o f   th e  g eo m etr y   p li ab ilit y   f o r   p er m i tti n g   t h e m   to   b e  m ad e  h u g e  n ar r o w   s lab s   co m f o r tab le  f o r   lin ea r   m ag n etic  lev i tatio n   s y s te m   b ea r in g s   a n d   p lan ar   r o tar y   m a g n e tic  b ea r in g s .   T h e y   m ea s u r ed   th e  f o r c we  o f   ax ial  lev ita tio n   f o r ce   w a s   b et w ee n   a  2 5   m m   d ia m eter   o f   p er m an e n t  m ag n e tic  an d   s lab   o f   f ield   co o led   w i th   3 0   m m   v alu e s   w h ich   g av e  a  f ield   n ec es s ar y   o f   c y li n d r icall y   s y m m etr ic  o f   r o to r y   b ea r in g s .   T h e y   g o t a   g o o d   r esu lt   f o r   p e r m a n e n t  m a g n et  a n d   b ig g er   4 3   m m .   Am r h e in ,   et  al. ,   [ 1 6 ] ,   th ey   p r o p o s ed   to   d esig n   a  tech n o lo g y   f o r   m ag n etic  b ea r in g   c o m p le x   i n   ap p licatio n s   w it h   v o lu m e s   o f   h ig h er   p r o d u ctio n .   T h ey   p r ese n ted   s o m e  s t i m u li  a n d   id ea s   b ec au s e  o n   m ea s u r es   w it h   lo w -   co s t  i n   t h is   ar ea   o f   f ield   i s   s ca r ce   an d   t h ese   id ea s   ar e  ( i)   m o to r   w it h   b ea r i n g l ess   f l u x - s w itc h i n g ,     ( ii)  m o to r   o f   a  b r u s h less   p er m an e n t   m a n a g er   w it h   ad d itio n al  a x ial  b ea r in g   ca p ab ilit y ,   an d   ( iii)  b ea r in g   o f   h ig h l y   i n teg r ated   h y b r id   th at   s ip p lies   th e  d eg r ee   o f   f r ee d o m   w it h   ac ti v e  s tab ilizat io n .   T h ey   d escr ib ed     th e  p ar ticu lar   o f   o p er atio n   f ea tu r es  a n d   d esi g n s ,   a n d   co n tr ast  th e  ad d itio n al  t h e  co s t s   o f   e lectr ical  a n d   m ec h a n ical  o f   th e s e  w it h   tech n o lo g ies o f   s ta n d ar d   m o to r   an d   th e y   g o t a   g o o d   an al y s is   w it h   th e  s tab ilit y .   A b d u l w ah h ab   [ 1 7 ] ,   h e  p r o p o s ed   to   d esig n   a  co n tr o ller   o f   ad p tiv e  s tate  f ee d b ac k   f o r   m a g n eti c  lev itatio n   s y s te m   w h ich   is   n o n lin ea r   a n d   u n s tab le  s y s te m .   T h e y   ac h iev ed   s ettli n g   ti m e  o f   1   s ec   an d   m a x i m u m   o v er s h o o t  1 . 5   %  b y   m et h o d   o f   p o le - p lace m e n t  i s   d o n e   b y   li n er izatio n   th e   n o n ad ap tiv e  s tate  f ee d b ac k .     T h e  d esig n ed   co n tr o ller   m a y   n o   lo n g er   ac tiv e  w h e n   th e  o p er atin g   p o in t  ch a n g e s ,   b ec au s e  th e  d esi g n ed   f o cu s ed   o n   a  lin ea r izat io n   ab o u t  d if er en t  o p ea r atin g   p o in t.  T h e  s i m u latio n   r es u lt s   s h o w  th at  t h e  o p er atin g   p o in t h as  n o tab le  i m p ac t o n   e x ec u tio n   o f   n o n ad ap ti v e  s tate  f e ed b ac k   co n tr o l.   Qu a n g ,   et  al . ,   [ 1 8 ] ,   th e  d esig n   a  m o to r   o f   p o ly s o le m o id   lin ea r   ( P L M)   in   m an y   asp ec ts   o f   m ater ia l   d u e  to   it s   o p er atio n s ,   in   w h ic h   t h e  m o tio n   is   s tr ai g h t  t h at   it   is   p r o v id ed   d ir ec tl y   w i to u t  a ctu ato r s   o f   m ed iate   m ec h a n ical.   So m e  m et h o d s   o f   co n tr o l  f o r   P L M   f o cu s ed   o n   m o to r   o f   r o tatio n   h a v e  b ee n   ap p lied   w it h   co m m o n s   o n   m o d el  b y   m at h e m atic  m a n n er ,   b u t   p o s itio n ,   co n s tr ai n ts   o f   cu r r en t  an d   v elo cit y   w h ich   ar e   s ig n i f ica n t  i n   r ea l  s y ate m   h a v e  b ee n   n e g lecte d .   T h e y   u s ed   m o d el   p r ed ictiv e  co n tr o l  to   c o n tr o l  th e  co n tr o l  o f   p o s itio n   tr a ck in g   p r o b le m   f o r   P L M.   T h e  co n tr o ller   f o r   a  s y s t e m   f o r ce s   t h e  p o s itio n   er r o r s   o f   tr ac k in g   to   s m all   r eg io n   o f   s a tis f ies  s tate  a n d   o r ig in a l o f   co n s tr ain t s   in c lu d i n g   cu r r en t,  p o s itio n   a n d   v elo cit y .   Qu a n g ,   e t  al. ,   [ 1 9 ] ,   th e y   d esi g n ed   a   co n tr o l  f o r   th e   tr a ck i n g   o f   v e lo cit y   an d   p o s itio n   to   g u ar a n te e   b o u n d ar ies  o f   v o ltag e  co n tr o l  an d   its   v ar iatio n .   A   s tr ateg y   o f   ca s ca d e  co n tr o l  in v o lv in g   a  lo o p   o f   in n er   an d   o u ter   lo o p   is   ap p lied   to   s y n c h r o n o u s   li n ea r   m o to r .   T h e  m o d el  p r ed ictiv e  co n tr o l  ( MP C )   is   u s ed   w it h   L ag u er r e  m o d el  f o r   in n er   lo o p   an d   o u ter   co n tr o ller   w a s   d esig n ed   f o r   m et h o d   o f   n o n li n ea r   d a m p in g   an d   t h e y   g o t   a  v alid ate  p er f o r m a n ce   o f   th e  co n tr o ller   w it h   n u m er ical  s i m u latio n .   Ok o k p u j ie,   et  al. ,   [ 2 0 ] ,   th e y   d eter m in ed   th e  tec h n iq u es  o f   ac tiv e  q u e u e  m a n ag e m e n t  r o b u s t n ess   t o   v ar y i n g   lo ad ,   p r o p ag atio n   d e la y   i n   a   w ir eles s   e n v ir o n m e n t,  a n d   li n k   ca p ac it y .   T h e  tr an s m i s s io n   co n tr o l  p r o to co l  q u eu e  m a n a g e m e n t   i s   co n tr llo led   b y   f o u r   s tan j d ar d   w er e  co m p ar ed .   T h e  co n tr o ller   o f   ac ti v e  q u eu e   m an a g e m e n t  w as   t h e  m o d el  p r ed ict iv e   co n tr o l   ( MP C ) ,   s el f - tu n i n g   r e g u la to r   ( ST R ) ,   r an d o n   ea r ly   d etec tio n   an d   f ix ed - p ar a m eter   p r o p o r ti o n   in te g r al   ( P I ) .   T h e  alg o r ith m   o f   co n g es tio n   co n tr o l  r o b u s tn e s s   o f   ea ch   tech n iq u e  w as  ca lc u lated   b y   v ar y i n g   t h e  co n d ictio n s   in   s i m u lat in g   b y   Si m u li n k   s o f t w a r e  in   M A T L A B .     T h e  co n tr o ller   b y   MP C   g i v e s   th e  g o o d   r esu l ts   i n   co n tr o llab i lit y   i n   w ir eles s   n et w o r k   a n d   r esp o n s e  ti m e  w it h   v ar y i n g   p r o p ag atio n   d ela y   an d   lin k   ca p ac it y .   F ir d o s e  an d   R ao   [ 2 1 ] ,   th e y   i n tr o d u ce d   a  p r ed ictiv e   o p ti m i za tio n   o f   r is k   m a n ag e m e n t  m o d el  w it h   s o f t w ar e  en g i n ee r in g .   T h e  P R OM   i m p o r tan t  co n tr ib u tio n   i s   d is p la y   cr ed ib le  ca lcu latio n   o f   r is k   a n al y s is   b y   d ev elo o p em e n t  o f   i n f o r m atio n   tech n o lo h y   ( I T )   w it h   s o f t w ar e  p r ac tices.  T h e  d esig n in g   o f   P R OM   w it h   m ea s u r e m e n t   o f   r i s k   f ac to r   is   a p p r o ac h   o f   m ac h i n e  lear n i n g   w it h o u t  p ar ticip atio n   o f   i ter atio n .   O u tco m e   o f   th is   s t u s y   d is p l y s   t h at  s y s te m   o f   P R OM   p r o p o s als  m at h e m a ticall y   co s t  i n f lu e n tial  o f   r is k   e le m e n t s   as   ev alu a ted   to   s tan d ar d s   o f   q u ali t y   f o r   s y s te m   i n cl u d ed   in   p r o j e cts  w it h   s o f t w ar e  m et h o d .             C h a n d r iah   a n d   R ag h a v en d r a   [ 2 2 ] ,   th e y   p r o p o s ed   an   a n al y t ic al  m o d el  w i th   o p ti m izatio n   o f   p r ed ictiv e  is   i m p le m e n ted   w it h   r eg ar d   to   s p an   th e  h o le  b et w ee n   d am a n d s   a n d   s u p p l y   in   s u p p l y   ch a in   4 . 0 .   T h e   f r a m e w o r k   o f   a n a y l y tic  is   a  m an u f ac t u r e  f r o m   d er i v ed   o f   co n s tr ain t s   f r o m   th e  e n v ir o n m en t o f   p r ac tical  to   d is p la y   t h e  b es t  p er tin e n ce   o f   it.  O u tco m e   o f   th is   s t u d y   d i s p lay s   t h e  s u g g es ted   m o d el  co u ld   s h o w   t h e  b e s t  p er f o r m a n ce   i n   co r r esp o n d en ce   to   th e  m et h o d   o f   o p ti m izatio n   w it h   th e  b est o f   co n tr o l o f   b u d g et   f o r   s y s te m .   I k ao u as s en ,   e t  al. ,   [ 2 3 ] ,   th e y   i n v e s ti g ated   to   i m p r o v e  t h e  s tr ateg y   o f   c u r r en   p r ed icti v e  m o d el  co n tr o l   ( C P MC)  w it h   o n e  s a m p l in g   p r ed ictio n   h o r izo n   f o r   r eg u lat io n   o f   v o ltag e  i n   s y s te m   f o c u s ed   o n   f ix ed   s p ee d   g en er ato r   o f   d is e l  en g i n e  d r iv en .   A   c o n tr o ller   o f   ad ap ti v e  P R   w it h   s c h e m e  o f   a n ti - 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I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d el  p r ed ictive  co n tr o l o f  m a g n etic  levita tio n   s ystem  ( La ft a   E .   Ju ma a   A lku r a w y)   5805   r eg u lat io n   o f   h ig h   p er f o r m an c e  w ith o u t  s atu r atio n   m atter s .   T h e  ad ap tiv e  P R   co n tr o ller   o p ti m al  p ar a m e ter s   ar e   o b tain ed   b y   n e w   m et h o d   to   at tain   h i g h   p er f o r m a n ce   t h r o u g h   t h e  s tead y   s tate   is   g i v en .   T h e  cu r r en t   o f   o u tp u t   f ilter   i s   m an a g ed   an d   co n tr o lled   b y   e s ti m ated   th e   b eh a v io r   m o d el  o f   t h e  s y s te m   a t  ea ch   s a m p li n g   w it h   s te p   in p u t a n d   th e  o u tp u t  w it h   p er f o r m a n ce s   ar e  v er f i f ied   b y   u s i n g   s o f t w ar e  in   Ma t lab   co d es.   Ma d o ,   et  al. ,   [ 2 4 ] ,   th e y   s u g g e s ted   d o u b le  s ea s o n al   au t o r eg r ess i v e  i n teg r ated   m o v in g   a v er ag e   ( DSAR I M A )   to   es ti m ate  lo a d .   A   m et h o d   o f   cc u r ate  f o te ca s tin g   i s   d esire d   to   r etai n   t h e  r eliab ilit y   a n d   ef f icien c y   o f   p o w er   g en er ated   s y s te m   d u e  to   v ar iatio n   d e m an d   o f   elec tr ic  p o w er   i n   t h e  c en ter   o f   elec tr icit y   lo ad .   T h e  DSAR I M A   m o d el  p ar a m eter s   ar e  p r ed icted   b y   m et h o d   o f   lea s t  s q u ar e  a n d   th e  r e s u l t  d is p la y s     th e  b est  m o d el  f o r   esti m a te  th ese  d ata.   Hass a n ,   et  al. ,   [ 2 5 ] ,   th e y   d esig n ed   a  co n tr o ller   w i t h   esti m ate  P I   f o r   w ir eles s   n et w o r k .     W h ile  t h e  m o d el  f o cu s ed   co n r eo ller s   ar e  co m p lecit y ,   th e   P I Ds  ar e  p r o v id ed   to   h an d le  s u c h   c h alle n g e s .     T h ey   d o   n o t  w ar r a n t y   s tab ili t y   u n d er   n e t w o r k   d ela y   a n d   p r o ce s s   v ar iatio n s   w h ile  m e asu r es  o f   clas s ical   r o b u s tn es s   d o   n o t  n ee d   m o d elin g   o f   ex te n s i v e  u n ce r tain t y .   T h e  m ea s u r es  o f   m o d el  u n ce r tai n t y   ten d   to   co n v e n tio n al.   C o n s eq u en tl y ,   t h is   p ap er   u tili t izes  m eth o d   o f   co m p le m e n tar y   s e n s iti v e  f u n ctio n   w h ic h   h an d le   th o s e  ch al len g es.  T h e  R es u l ts   d is p la y s   t h e  co n tr o ller   w ith   P I   ca n   b e  s tab le  u n d er   d elay   an d   m o d el   u n ce r tai n tie s .   A l k u r a w y   a n d   Kh a m as   [ 2 6 ] ,   th e y   d esi g n ed   a  m d el  p r ed ictiv e  co n tr o ller   f o r   Dc  m o to r s   an d   d id   co m p ar t  t h e  r es u lts   w it h   p r o p o r tio n al  in te g r al  co n tr o ller .   T h ey   l in ea r ized   t h e  n o n lin ea r   s y s te m   b y   T y lo r   m et h o d   to   g et  th e  tr an s f er   f u n ctio n   to   d o   a  c o n tr o ller   f o r   s tab ilit y .   T h e y   g o t  a  g o o r   r esu lt s   w it h   lo w   tr an s ien t   r esp o n s e,   ze r o   s tead y   s tate  er r o r   an d   n o   p ea k   o v er s h o o t a n d   th e  r esu lts   ar e  m o r e  s u lt ab le  t h an   P I   co n tr o ller .   A l k u r a w y   [ 2 7 ] ,   h e  d esig n ed   an d   an al y ze d   a  r o b u s t  co n t r o l  f o r   a  n o n lin ea r   m a g n et ic   lev itatio n   s y s te m .     He  lin ea r ized   a  n o n li n ea r   s y ete m   an d   ap p lied   r o b u s t  co n tr o l  to   ch esck   th e  s tab ili t y   an d   to   in clu d ed   ass u r an ce   th e  m o d el  u n ce r tai n t y   p er f o r m an ce .   T h e  r esu lt s   w ith   r o b u s t  co n tr o l  ar e   v er y   g o o d   f o r   s tab ilit y   an d   ze r o   s tead y   s tate  an d   m in i m u m   p ea k   o v er s h o o t a n d   th e  d esi g n   i s   u n d er   co d es o f   MA T L AB .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D     Ma g n e tic  le v itatio n   ca n   b e   s u m m er l y   r ep r ese n ted   as  attin i n g   th e  eq u ilib r iu m   o f   a  tar g et  in     th e  w h o le  s p ac e  s u ch   t h at  with o u t  to u ch   t h e  s o lid   m ater i al.   A   b all  is   k ep t  i n   th e  w h o le  s p ac e  b etw ee n     t w o   elec tr o m a g n e ts   b y   u s in g   f o r ce s   o f   elec tr o m ag n etic  as  s h o w n   i n   Fi g u r e   1 ,   w h er e  s ta b ilizatio n   o f   a  b all   h o r izo n tal  p o s it io n   p r o v id ed   b y   t h e  lo w er   o n e  a n d   a   v er tical  f o r ce   o v er co m in g   t h e  b all  g r a v it y   b y     th e  u p p er   o n e.   T h e  p h y s ical  m o d el  o f   n o n li n e ar   m o d el  f o r   th e   m a g n etic  lev i tatio n   s y s te m   ca n   b e  d esi g n ate d   b y   s ta te   eq u atio n s   ac q u ir ed   f r o m   la w s   o f   p h y s ical  t h eo r e m s   f o r   a  b all  m o tio n  in   f ield   o f   elec tr o m ag n etic,   d ep ictio n   th e  d y n a m ic s   o f   a  b all  an d   th e  f o r ce s   o f   elec tr o m a g n etic  ar e  b ased   o n   th e  f u n ctio n   o f   L a g r an g e  an d   it  is     th e  d if f er en ce   b et w ee n   p o ten ti al  an d   k i n etic  en er g y   t h at  ca n   b e  as       =    +  +   1 2   ( ∫   (   ) 2    +   ( )   (   ) 2 +     ′ 2 )     ( 1 )     w h er e  R   is   t h e  elec tr o m a g n e t  co il  r esis tan ce ,   x   is   a  s p ac e  o f   th e  ar ea   f r o m   elec tr o m a g n et,   L ( x )   is   a  i n d u cta n c e   o f   t h e  co il  o n   s p ac e  x ,   g   is   th e   co n s ta n t  o f   a   g r a v it y ,   q   i s   ac h ar g e  o f   elec tr ic  ele m e n t,  m   i s   a  m a s s   o f   t h e  ar ea ,  Var iab les   x ( t) ,   q ( t)   ar e  th e    eq u atio n s   o f   t h e  L a g r an g e  I     q '     is   th e  co il  c u r r en t,  u   i s   ap p l y   o f   v o lta g e.     d dt dT (   ) −   dT dq = 0         d dt dT (   ) −   dT dx = 0   ( 2 )     dT (   ) =   1 2     (   ) 2 +        dT (   ) = m             dT (   ) =   2  2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 8 0 2   -   5 8 1 2   5806   s u b   in   ( 2 )       2  2 −   1 2     (   ) 2 −  = 0         2  2 =   1 2     (   ) 2 +        2  2 = 1 2     (   ) 2 +      ( 3 a)     dT dq =        (   ) =  + ( )           d dt  (   )   =   + ( )   2  2 +               s u b   in   ( 2 )       + ( )   2  2 +         − = 0       ( )   2  2 =   −   −       +         =             =   −  +     +         =   1 ( −  +     + )   ( 3 b )     B y   Ne w to n ’ s   s ec o n d   la w   o f   e q u atio n   ( 3 ) ,   w h er e  th e  f o r ce   o f   elec tr o m a g n etic  is   d escr ib ed   b y       ( , ) =   1 1     2       T h e  d is tan ce   o f     co il   in d u cta n ce   ca n   b e  ap p r o ac h ed   b y   e x p o n en t ial    o r   p o ly n o m ial  f u n ct io n s       ( ) =   0 + 1 −            ( 5 a)     ( ) =   0 + 1 0 + − 1 − 1 + ⋯ + 1 1 + 0     , ≥   0 , … . , ∈       ( 5 b )     w e  w i ll u s e  d if f er en t  t h e  ex p o n en t ial  ( 5 a) ,         =   − 1 −                                                                     ( 6 )     B y   u s i n g   th e  s ec o n d   eq u atio n   o f   ( 3 )   is   ca r if ied   b y       dI dt = 1 f ( x ) ( 1 − c − ku )                                                                 ( 7 )     B y   u s i n g   th e  s tate  eq u atio n ,   will g et        1 ( ) = ( ) ≈         ℎ    ℎ     2 ( ) =   ′ ( )   ≈          ℎ    ℎ      3 ( ) = ( ) ≈        ℎ       ,       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d el  p r ed ictive  co n tr o l o f  m a g n etic  levita tio n   s ystem  ( La ft a   E .   Ju ma a   A lku r a w y)   5807   B y   i n co r p o r a tin g   ( 3 )   an d   ( 7 ) ,   a   m o d el  w it h   n o n li n ea r   is   g o t b y ,      1 dt =   2                  2  =   + 1 2  ( 1 )  1 3 2      ( 8 )      3  =   − 1 ( 1 ) ( − 3 +  )       B y   ap p r o x i m a tio n   ( 6 ) ,   w e  g e t      3  = − 1 2 ,   ( 9 )     w h er e    1 = 3 2 1 2 e xp   ( − 1 2 )       B y   eq u a liti es  f r o m   ( 8 )   an d   ( 9 )   is   th r o u g h   ca lcu la tio n   ( 6 )   w it h     ≈   1 2 , 1 ≈  1         ≈ − 1 2 e xp   ( − 1 2 )       T h e  lin ea r ized   s tate  s p ac e  m o d el  f o r   ( 1 )   ca n   b e  o b tain ed   u s in g   J ac o b ian   lin ea r izati o n   ar o u n d     th e  d eter m i n ed   w o r k in g   p o in t  as     ′ ( ) =  ( ) +  ( )                             = [ 0 1 0 2 , 1 0 2 , 3 0 0 3 , 3 ] ( ) + [ 0 0 3 ] ( )                ( 1 0 )   ( ) =  ( ) =   [ 1 0 0 ] ( )       W h en   w e  p u t  v o ltag e s   o n   t h e  s y s te m ,   w e  g o t t h e  o u tp u t a s   an   o f f s e t in   tr a n s f er   f u n ctio n   as i n   F ig u r e  2 .             Fig u r e   1 .   Ma g n etic  l e v ita tio n   s y s te m       Fig u r e  2 .   T r an s f er   f u n ctio n   o f   th e  o u tp u t  w h e n   p u t  v o ltag e s   o n   t h e  s y s te m       3.   P I   AND  P I D  CO N T RO L L E R   T h e  P I   co n tr o ller   is   th e  m ai n   co m m o n   co n tr o ller   i n   t h e  i n d u s tr y   o v er   t h e  6 0   la s t  y ea r s .   T h o u g h   P I   co n tr o ller s   ca n   m a k e  d ela y s   i n   t h e  d y n a m ic  o f   t h e  s y s te m s ,   in   t h e  li m ita tio n   o f   s i n g le  in p u t  s i n g le  o u tp u t   ( SISO)   co n tr o ller   is   ap p r o v ed   w h e n   th e  d ela y s   ar e  d ea lin g   w ith   ti m e - v ar y in g .   T h is   ca s e  ca n   d o   p r o b lem   w h e n   it  d ela y s   i n   v alu e s   o f   s p ee d   w h ic h   alter s   w it h   s et  p o in t s .   I n   o r d er   to   s o lv e  th i s   p r o b le m ,   w e  in v est ig ate     th e  p r o p er ties   o f   r o b u s tn es s   b y   u s i n g   P I .   T h e  co n tr o l la w   o f   P I   co n tr o ller   w it h   L ap lace   tr an s f o r m   is :   0 5 10 15 20 25 8 8 . 5 9 9 . 5 10 1 0 . 5 11 1 1 . 5 12 1 2 . 5 S t e p   R e s p o n s e T i m e   ( s e c o n d s ) A m p l i t u d e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 8 0 2   -   5 8 1 2   5808   ( ) =   +       T h e  P I D  c o n tr o ller   is   th e  m ain   u s u al  f o r m   o f   clo s ed   lo o p   f ee d b ac k   s y s te m .   I t  w a s   n ec ess ar y   co n tr o ller   o f   ea r l y   r e g u lato r s   to   b e  t h e  e s s e n tial   in s tr u m e n t  w h e n   t h e   co n tr o l  ap p ea r ed   f r o m   th e   1 9 5 0 s .     T h e  P I D  co n tr o ller   is   a  f u n d a m en tal  co m p o n e n t  f o r   as y s te m   to   b e  s tab le.   T h e  P I D  co n tr o ller   is   estab lis h ed   i n   m an y   p u r p o s es  co n tr o l  s y s te m s .   T h e  lo g ic,   s eq u en tial  f u n c ti o n s ,   b lo ck s   o f   s i m p le  f u n ctio n ,   an d   s elec to r s   u s ed   w it h   P I D  to   d esi g n   a  s y s te m   if   t h e  co m p licated   au to m atio n   th at   u s e d   f o r   m an u f ac t u r in g   en er g y   p r o d u ctio n ,   an d   tr an s p o r tatio n .   T h e  co n tr o l la w   o f   P I   co n t r o l a s   th e  L ap l ac e  tr an s f o r m   is :     ( ) =     2 + +   ( )         4.   M O DE L   P RE DIC T I V E   CO NT RO L   F O R  M AG NE T I C  L E V I T AT I O N  SYS T E M   Mo d el  P r e d ictiv e  C o n tr o l ( MP C )   h a s   b ee n   u s ed   i n   t h e  f a m il y   o f   co n tr o l e n g i n ee r i n g .   T h e  r e s ea r ch er s   o f   ac ad e m ic  an d   i n d u s tr ia l  co m m u n itie s   h a v e  b ee n   u s ed   th e  ar ea   o f   r ec eir v ed   o n - g o i n g   in ter est.  T h er e  ar e  th r ee   s tep s   o f   m o d el  p r ed ictiv e  co n tr o l  to   m a k e  th e  d esi g n   b o th   ac ad em ic s   an d   en g in ee r i n g .   T h e  f ir s t  s tep   is   th e  s tr u c tu r e  ex p r es s io n ,   w h i ch   u til izes  a  to tall y   m u l tiv ar iab le  s y s te m   s tr u ct u r e  w h er e   th e  p ar am eter s   o f   p er f o r m a n ce   o f   th e   m u lt iv ar ia b le  co n tr o l  s y s te m   ar e  as s o cia ted   to   th e   f ea tu r e s   o f   e n g i n ee r in g   f o r   th e   s y s te m ;   co n s eq u e n tl y ,   th e y   ca n   b e  a cc ep ted   b y   en g i n ee r s .   T h e  s ec o n d   s tep   is   w it h   h ar d   co n d tf r ai n ts   a n d   s o f t   co n s tr ain ts   in   a  f r a m e w o r k   o f   m u lti v ar iab le  co n tr o l.  T h is   is   s p ec iall y   ap p elin g   to   m a n u f a ctu r in g   w h er e  t ig h t   ad v an ta g e  m ar g in s   a n d   b o u n d ar i es  o n   t h e  o p er atio n   o f   p r o ce s s .   T h e  th ir d   s tep   is   th e   ca p ab ilit y   f o r   o p tim izatio n   to   ex c u te  p r o ce s s   o n - li n e.     I n   th e  g e n er alit y   o f   ap p licatio n s ,   th e  m o d el  p r ed ictiv e  co n tr o l  is   s tr u ct u r ed   to   f o llo w   r ej ec t   d is tu r b an ce s   a n d   s i g n a ls   o f   co n s ta n t  r e f er en ce   t h at   h a v e   m o s t l y   lo w   f r eq u en c y   co n t en ts .   Nev er t h eles s ,     th ese  k in d s   o f   MP C   ar e  n o t  s u f f icie n t  to   s u p p l y   t h e   p er f o r m a n ce   w ith   clo s ed - l o o p   r eq u ir ed   w h en     th e  d is tu r b a n ce s   an d   s i g n a ls   o f   s et - p o i n t  h a v e  p er io d ic  ele m en ts .   T h is   h as  d er iv ed   th e  s p ea k er s   to   estab lis h     a  n e w   cla s s   o f   MP C   th at  u s e  t h e  d esig n   o f   MP C   f r a m e w o r k   w h ile  t h e  co n tr o llin g   s y s te m   w it h   co m p o n e n t s   o f   p er io d ic  f o r   ad d r ess in g ,   t h at  n a m ed   p r ed ictiv e  r ep etitiv e  co n tr o ller   as sh o w n   i n   Fi g u r e   3 .           Fig u r e   3 .   B asic c o n ce p t f o r   m o d el  p r e d ictiv e  co n tr o l       A ll  t h e  al g o r ith m s   o f   m o d el   p r ed ictiv e  co n tr o l  o w n   d i f f e r en t  ch o ices  a n d   o r d in ar y   p ar ts   ca n   b e   s elec ted   f o r   ea ch   o n e  o f   th e s e   p ar ts   g i v i n g   r i s e  to   d if f er en t  alg o r ith m s .   T h r ee   ele m en ts   f o r   MP C ;  p r ed ictio n   m o d el,   o b j ec tiv e  f u n ctio n   a n d   co n tr o l  la w .   T o   d eter m in e  th e  p r ed icted   o u tp u t  at  f u t u r e  in s ta n t s   b y   u s i n g     th e  p r o ce s s   o f   t h e  p r o ce s s   th at  is   ca lcu la ted   b y   t h e  n ec ess i t y       ŷ   ( + )       w h er e  ŷ     is   a  p - d i m en s io n al  v ec t o r   co n tain in g   t h e  s y s te m   p r ed ictio n   alo n g   th e  h o r izo n .   T h e  r eq u ir e m en t s   o f   p lan t   o p er atio n   c alcu late  t h e  co n t r o l  s y s te m   in   th e   o b j ec tiv e  f u n ct io n .     T h ese  cr iter ia  h av e  to   b e  ca lcu lated   i n   ter m s   o f   m at h e m a tical  w a y   s o   th a t  a  co n tr o l  l a w   ca n   b e  g o t  i n   alg o r ith m ic  p atter n .   A   f u n ctio n   o f   q u ad r atic  o b j ec tiv e  is :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d el  p r ed ictive  co n tr o l o f  m a g n etic  levita tio n   s ystem  ( La ft a   E .   Ju ma a   A lku r a w y)   5809   ∆ ( ) … … ∆ u ( k + m − 1 )   ∑ ‖ ( [ ( + | ) − ( + ) ] ) ‖ 2 = 1       ( 1 1 )     T h is   ca n   b e  in f lu e n ce d   tr an s p ar en tl y   b y   in cl u d i n g   w ei g h ts   i n   th e  o b j ec tiv e  f u n ctio n   as  f o llo w s :     ∆ ( )   ∑ ‖   [ (   [ ( + | ) − ( + ) ] ) ] ‖ 2 = 1 + ∑ ‖   [ ∆ ( + − 1 ] ‖ 2 = 1       ( 1 2 )     w h er e     an d        ar e  m atr ices  o f   w ei g h ti n g   to   p en alize   s p esi f i c  co m p o n en t s   o f     o r     at  ( + 1 )   as  s et   p o in t f o r   f u tu r e  ti m e.   T h e  m o v in g   h o r izo n   is   lead i n g   to   g et  th e  co n tr o l la w ,   t h e  f ee d b ac k   co n tr o l la w   is       ∆ ( ) =  ( + 1 | )   ( 1 3 )     w h er e   ( + 1 | )   is   er r o r   o f   th e  p r ed ict ed   f u t u r e  o v er   t h e  h o r izo n     w h ich   w o u ld   r es u lt  if   all  v ar iab le  o f   f u tu r e  a n d   p r esen t   m a n ip u lat ed   m o v es   w er e  eq u al   to   ze r o   ∆ ( ) =   ∆ ( + 1 ) = ⋯ = 0 .   T h e  p r o b lem   o f   o p tim izatio n     w it h     li n ea r   in eq u alities     a n d   q u ad r atic  o b jectiv e,   w h ich   it  h as  d eter m i n ed   is   a  Qu ad r atic   P r o g r am ( QP ) .   T h e  DM C   p r o b le m   b ec o m es :     ∆ ( )       ∆ ( )   ∆ ( ) − ( + 1 )   ∆ ( )   ( 1 4 )       5.   RE SU L T S  A ND  AN AL Y SI S     Fo r   test i n g   th e   r esp o n s e  o f   m ag n et ic  le v itatio n   s y s te m   in   cl o s ed   lo o p   w it h   P I   an d   P I D  co n tr o ller   b y   ch an g i n g   t h e  v al u es  o f   ,     an d     an d   w ill  s ee   s o m e  o f   f i g u r es  h av e    p ea k   o v er s h o o t  ,   lar g e  s tead y   s tate   er r o r   an d   la r g e  s ettlin g   ti m e   an d   m a k e  t h ese  co n tr o ller s   ar e  u n co m f o r tab le  f o r   th is   s y s te m   as  s h o w n   i n     F ig u r e s   4   to   1 0 .           Fig u r e   4.   T h e  am p lit u d e  w ith   Kp   =  1 ,   Ki  =  1 0           Fig u r e   5.   T h e  am p lit u d e  w ith   Kp   =  1 0 ,   Ki  =  1 0       Fig u r e   6.   T h e  am p lit u d e  w ith   Kp   =  1 0 ,   Ki  =  0 . 1         Fig u r e   7.   T h e  am p lit u d e  w ith   Kp   =  1 ,     Ki  =  1 0 ,   = 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 8 0 2   -   5 8 1 2   5810       Fig u r e   8.   T h e  am p lit u d e  w ith     Kp   =  1 0 ,   Ki  = 0 . 1 0 ,   = 10           Fig u r e   9.   T h e  am p lit u d e  w ith     Kp   =  1 0 ,   Ki  =  1 0 ,   = 0 . 01       Fig u r e   10.   T h e  a m p litu d e  w it h   Kp   =  1 0 0 ,   Ki  =  1 ,   = 0 . 001       Fo r   test i n g   th e  r e s p o n s e  t h e  m ag n etic   lev itatio n   s y s te m   b y   m o d el  p r ed icti v e  co n tr o l  b y   c h an g i n g     th e  v al u es  o f   w ei g h tin g   m atr i ce s     an d       an d   w i ll  s ee   all  r esp o n s es  ar e  co m f o r tab le  w ith   th is   co n tr o ller   b ec au s e  t h e  p ea k   o v er s h o o t  d is ap p ea r ed ,   th e  s te ad y   s ta te  e r r o r   is   ze r o   an d   m i n i m u m   s et tlin g   ti m e  a n d   th at   r ef er s   to   g et  f as t  r esp o n s e .   T h e  ch o o s i n g   v al u es   o f     an d     ar e  tu n i n g   to   g e t  g o o d   r esp o n s e  w ith o u t  p ea k   o v er s h o o t,  m i n i m u m   s ettli n g   t i m e  a n d   ze r o   s tea y   s tate  er r o r .   T h e  b est v alu es o f     a n d     f o r   th e  s y s te m   w h e n   th e y   h a v e  lar g e  v alu e s   as s h o w n   i n   Fi g u r e s   11 - 1 3 .             Fig u r e   1 1 .   T h e  a m p litu d e  at    = 1 ,     = 0         Fig u r e   1 2 .   T h e  a m p litu d e  at    = 1 ,     = 5   0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 0 . 8 11 1 1 . 2 1 1 . 4 1 1 . 6 1 1 . 8 12 1 2 . 2 1 2 . 4 1 2 . 6 S t e p   R e s p o n s e T i m e   ( s e c o n d s ) A m p l i t u d e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d el  p r ed ictive  co n tr o l o f  m a g n etic  levita tio n   s ystem  ( La ft a   E .   Ju ma a   A lku r a w y)   5811       Fig u r e  1 3 .   T h e  a m p litu d e  at    = 2 ,     = 10       6.   CO NCLU SI O N     T h e  w o r k   ap p lied   i n   t h is   p ap er   w a s   d esi g n ed   t h e  d y n a m ic  m ag n etic   lev itatio n   o f   n o n l in ea r   s y s te m   th at  w a s   in v es tig a ted   in   ter m s   o f   it s   m o d eli n g ,   s i m u la tio n   an d   lin ea r izatio n .   B ec au s e  o f   th e  n o n - li n ea r   an d   u n s tab le  a n d   f ea t u r   o f   m a g n etic  lev i tatio n   s y s te m s ,   i n   t h is   p ap er ,   w e  tr ied   to   co n v er t  th e  n o n l in ea r   to     th e  li n ea r ize  m o d el  b y   a n al y zin g   w it h   s tate - s p ac e  a n d   d o in g   a  s i m u latio n .   T h r ee   co n t r o ller s   ap p lied   to     th e  s y s te m   to   ch ec k   w h a t  it  is   th e  b est  co n tr o ller .   T h e  f ir s t  an d   s ec o n d   class ic  co n tr o l   w e r e  P I   co n tr o ller   an d   P I D  co n tr o ller   an d   th ese  co n tr o ller s   w er e  n o t  s at is f ied   f o r   s t ab ilit y   an d   s tead y   s tate  er r o r .   T h e  th ir d   co n tr o ller   w a s   MP C   to   p r ed ict  th e  f u t u r e  r esp o n s e  r elate d   to   r ef er en ce   i n p u t  a n d   th is   co n tr o ller   w as   s ati s f ied   f o r   s tab ilit y ,   g et  ze r o   s tea d y   s ta te   er r o r   an d   f ast  r esp o n s e  w it h   m i n i m u m   s e ttli n g   ti m e.   F u r t h er ,   a  n e w   r esear ch   u s e s   lin ea r   q u ad r atic  f o r m   to   co n tr o l  th e  m a g n et ic  lev ita ti o n   s y ate m   to   en s u r e  t h e  s tab ilit y   w i th   c h an g i n g     th e  in p u t.       RE F E R E NC E S    [1 ]   H .   S e o ,   e t   a l. ,   “ A lg o rit h m   o f   L in e a r  In d u c ti o n   M o to r  C o n tro l   f o r  L o w   No r m a l  F o rc e   o f   M a g n e ti c   L e v it a ti o n   T ra in   P r o p u lsio n   S y ste m , ”  IEE E  T ra n s a c ti o n s o n   M a g n e ti c s ,  v o l.   5 4 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 - 4 ,   2 0 1 8 .   [2 ]   T .   T a k a o ,   e t  a l. ,   “ I m p ro v e m e n t  o f   L e v it a ti o n   P ro p e rti e s  o w in g   t o   Hig h   M a g n e ti c   F ield   in   a   M a g n e ti c   L e v it a ti o n   S y st e m   w it h   M a g n e ti c   S h ield i n g   Ef fe c t  o f   H T S   Bu lk ,”   IEE E   T ra n sa c ti o n   o n   Ap p li e d   S u p e rc o n d u c ti v it y ,   v o l.   2 8 ,   no.   4 ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 8 .     [3 ]   R .   S u n ,   e t  a l. ,   “ Dy n a m i c   Ch a ra c t e risti c s  o f  th e   M a n n e d   Hy b rid   M a g lev   V e h icle   E m p lo y in g   P e rm a n e n t  M a g n e ti c   L e v it a ti o n   ( P M L )  a n d   S u p e r c o n d u c ti n g   M a g n e ti c   Lev it a ti o n   (S M L ) , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n   o n   Ap p l ied   S u p e rc o n d u c ti v it y ,   v o l.   2 9 ,   no.   3 ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 9 .   [4 ]   J .   L i m ,   e t  a l. ,   “ A   S tu d y   o n   Op ti m a l  Op e ra ti n g   P o i n t  o f   L in e a r  I n d u c t io n   M o t o r  Co n si d e rin g   No r m a l  F o rc e   a n d   Eff icie n c y   in   M AG L EV   V e h icle , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n   o n   M a g n e ti c s ,   v o l.   5 4 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 8 .   [5 ]   W .   Ch e n ,   e t  a l. ,   “ Lev it a ti o n   F o rc e   Co m p u tatio n   o f   H T S /P M   S y ste m   Ba s e d   o n   H - F o rm u latio n , ”  IE EE   T ra n sa c ti o n   o n   M a g n e ti c s ,   v o l .   5 4 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 8 .   [6 ]   F .   X u ,   e t  a l. ,   “ F P GA - Ba se d   R e a l - ti m e   W r e n c h   M o d e l  o f   Dire c t   Cu rre n t  Driv e n   M a g n e ti c   L e v it a t io n   A c tu a to r ,”   IEE E  T ra n sa c ti o n   o n   In d u stri a l  E lec tro n ics ,   v o l.   6 5 ,   n o .   1 2 ,   p p .   9 6 3 5 - 9 6 4 5 ,   2 0 1 8 .   [7 ]   M .  Y .   Ch e n ,   e t  a l. ,  “ A   No v e l  D e sig n   a n d   Co n tr o l  t o   Im p ro v e   P o siti o n i n g   P re c isi o n   a n d   Ro b u st n e ss   f o r  a   P lan a r   M a g lev   S y ste m , ”   IEE E  T ra n s a c tı o n s  o n   I n d u stria l   El e c tro n ics ,   v o l .   6 6 ,   n o .   6 ,   p p .   4 8 6 0 - 4 8 6 9 ,   2 0 1 9 .   [8 ]   D.  S p a łek ,   “ L e v it a ti o n   o f   Co n d u c ti v e   a n d   M a g n e ti c a ll y   A n iso tro p i c   Ba ll , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n   o n   M a g n e ti c s ,   v o l.   5 5 ,   no.   3 ,   p p .   1 - 7 ,   2 0 1 9 .   [9 ]   A .   M o ra n d i,   e t  a l. ,   “ T h e   M e a su re m e n t  a n d   M o d e li n g   o f   th e   L e v i tatio n   F o rc e   b e tw e e n   S in g le - G ra i n   YBCO   Bu lk   S u p e rc o n d u c to rs  a n d   P e rm a n e n t  M a g n e ts , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n s   o n   Ap p li e d   S u p e rc o n d u c ti v it y ,   v o l .   2 8 ,   n o .   5 ,     p p .   1 - 1 0 ,   A u g .   2 0 1 8 .   [1 0 ]   Y .   Ch e n ,   e t  a l. ,   “ Nu m e ric a l  A n a l y sis  a n d   Ex p e ri m e n tal  S tu d y   o n   M a g n e ti c   F lu i d   Re c ip ro c a ti n g   S e a ls,”   IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   M a g n e ti c ,   v o l.   5 5 ,   n o .   1 ,   p p .   1 - 6 ,   Ja n .   2 0 1 9 .   [1 1 ]   L .   Qi ,   e t  a l. ,   “ A   n o v e l  n o n li n e a r  c o n tr o l  tec h n iq u e   w it h   it s  a p p li c a ti o n   t o   m a g n e ti c   lev it a ted   s y ste m s , ”   IEE E   Acc e ss ,     v o l.   6 ,   p p .   7 8 6 5 9 - 7 8 6 6 5 ,   2 0 1 8 .   [1 2 ]   M .   L a h d o ,   e t  a l. ,  “ Re p u lsiv e   M a g n e ti c   L e v it a ti o n   F o rc e   Ca lcu latio n   f o r  a   Hig h   P re c isio n   6 - Do F   M a g n e ti c   L e v it a ti o n   P o siti o n i n g   S y ste m , ”   I EE E   T ra n sa c ti o n s  o n   M a g n e ti c s ,   v o l.   5 3 ,   no.   3,   p p .   1 - 6,   2 0 1 7 .   [1 3 ]   L .   E.   V e n g h i ,  e t  a l. ,   “ I m p le m e n tatio n   a n d   Co n tro l  o f   a   M a g n e ti c   Lev it a ti o n   S y ste m , ”  IEE E  L a ti n   Ame ric a   T ra n sa c ti o n s ,   v o l.   1 4 ,   n o .   6 ,   p p .   2 6 5 1 - 2 6 5 6 ,   Ju n .   2 0 1 6 .   [1 4 ]   S .   S iv rio g lu ,   e t  a l. ,   “ M u l ti   su rf a c e   H T S - P M   lev it a ti o n   f o r  a   f l y w h e e l  s y ste m , ”  IEE E  T ra n sa c t io n   o n   Ap p li e d   S u p e rc o n d u c ti v it y ,   v o l.   2 6 ,   n o .   8 ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.