Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 Decem ber   201 8 , p p.   4 800 ~ 4 80 9   IS S N:  20 88 - 8708 DOI: 10 .11 591/ ijece . v 8 i 6 . pp 4 800 - 48 09           4800       Journ al h om e page http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Robust Mu lti - Ob jec ti ve Cont ro l  of P owe r Syst em S tabilizer Usin Mixed H 2 /H   and  µ A n alysis       Javad  M as h ayekhi  Far d   Depa rtment  o E le c tri c al E ngin eering,   Sab ze v ar   B ran ch, I slamic   A za Univ ersity ,   I ran       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   J an   20 , 2 01 8   Re vised  Ju l   2 2 ,  201 8   Accepte Aug   10 , 201 8       In  orde to  stu d y   th d y namic   stabi lit y   of  th s y st em,  havi n pre c is e   d y nami m odel  inc lud ing  th ene rg y   g ene r at i on  unit such  a gene ra tors,   exc i ta t ion  s y ste m   and  turbi ne  is   nec essar y .   The   ai m   of  thi pape is  to  design  power  stab il i z er  for  Mashhad   power  pla nt   an assess   it eff e ct on  the  el e ct rom ec h ani c al   f luc tu at ions.   Due  to   lack  of  ce r ta in t y   in   the  s y st em ,   designi ng  an  o pti m iz ed  robust   cont rol le is  cru cial.  In  thi s   pape r,  th e   esta bli shm ent   of   bal ance  bet w een  the   nom ina and  robust  per f orm anc is  done  b y   the   w e ight   fun ct ions.   I the  fre qu enc i e where   th un c ert a inty   is   high,   in  orde t ac hie v to  th robust  per form anc of  the   c ontrol ler,  µ   ana l y sis  is  m or profound,  ot her wise,   in  ord er  to  ac hi eve  t nom ina per form anc e ,   ro bust  stabi l ity ,   n oise  red u ct ion   a nd  dec r ea se   of  cont rolling   signal ,   the   impa ct   of  th cont ro l le H 2 /H   is  m ore   profound.   Th result s   of  the   sim ula ti on  studie rep rese n the   adva n ta ge and  eff ec ti v e ness  of  the   suggested  m et ho d.   Ke yw or d:   H 2 /H  Co ntr oller   LMI   Mult i - Objecti ve  Co ntro l   Power Sy ste m   Stabil iz er    Copyright   ©   201 8   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Java Ma s hayekh Far d,    Dep a rt m ent o f El ect rical  En gi neer i ng,   Islamic  Az ad  Un ive rsit y ,   Siadati  Bl v,   Sa bzev a r, I ran.   Em a il m ashayekh i @iaus.a c.i r       1.   INTROD U CTION     The  op e rati on  of   t he  po wer   s yst e m   is  us ually   lim it ed  to  the  bo unda ries  of   t he  dy nam i sta bili ty,   wh ic is fa f r om  the li m it s o therm al  stability . N ow a days,  to  i m pr ove the  att enu at io of  the o sci ll at ion s  w it low  f reque ncie s,  in  m os case s,  powe syst em   sta bi li zers  (P SS)   a re  wide ly   us ed  in  po we syst e m s.  Design in pro pe sta bili zer  c ou l decre ase  the   lim it a ti on due  t dynam ic   issues  a nd  he lp  t he  sy stem   to  get  cl ose t it no m inal  ca pacit y.  These  s ta bili zers  are  usual ly   desig ne acco r ding  to   the  sin gle  m a ch ine,  i nf i nite  bu of  the  syst e m   in  a   def init w orki ng   po i nt.  The r efore,   it   is  po s sible  that  the  sta bili ty   of   the  syst e m   to  be  threate by  changes  in  the  par am et ers  or   eq uili br iu m   po ints  of   th syst e m In   this  pap er the  s yst e m   s ta bili ty,  in  the  oth e wor ds   th sta bili ty  of   powe syst e m ’s  abili ty   against  the  change  of  par am et ers  are  check e d.   As  a   resu lt ,   three  m ai co ntr olli ng   goal s   will   be   ob ta i ned :   stre ng t he ning  t he  cl ose l oop  syst em lowe cost   de sign i ng   strat egies  an im pr ov in the  transie nt  respo nse H 2   con t ro is  us ed  in  the  tr ansient  sta ge  f or   prese ntin fast  dynam ic   resp onse  to  m ini m i ze  the  res ponse   energy  of   t he   i m pu lse Whi le   H   con tr ol  is  us ed  in  t he  sta ble  sta ge  f or  re du ct ion   in   the  di sturbance   an protect ing  agai ns trac king;  wh ic in   tur wou ld   guara nt ee  the  rob us sta bili ty.  In   or der   to  a chieve  to  opti m al   per form ance,  ta kin int account  the  eff ect   of  uncert ai nty   durin syst em   desig per i od  is  require d But  on  the  ot her   ha nd  it   can  le ad  t se ve re  rest rict ion on  th e   con t ro ll er  t hat  so m et i m es  m a kes  it   an  in feas ible   pro blem So   far va rio us  stud ie ha ve  be en  co nduc te on   t he   sta bili ty  an c ontr olli ng   of po wer sy ste m s.    The  first  f or m ulati on   of  the  H   con t ro pro blem   was  per f or m ed  in  1981  by  Za m es.  To  date,  la rge   nu m ber of  re s earches   ha ve   be en  perform ed  f or   stu dy  of  t he  rob us co nt ro l,   the  H 2   c on trol  a nd  H   c ontr ol.  Do yl ha ana ly zed  the  sta te   sp ace  by  us i ng  H   a nd  H 2   s ta nd a rd   form   a nd   it ’s   so l ving The  c onditi ons  of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N:  20 88 - 8708       Ro bu st  Multi - Ob je ct iv e Co nt ro of Po we r  Syst em Sta bili zer  Usi ng Mixe ...   ( J avad  M asha yek hi F ard)   4801   so lvi ng   pro ble m   and   it so l ut ion   us in Ham il ton ia m at rix  introd uction  a re  the   highli gh ts  of   t his  pa pe [ 1].   Also   D oyle   as  well   as  tuto ri al   ov e rv ie in  the  f racti on al   l inear  tra nsfo r m at ion (LFT s an the   val ue   of   t he  un i qu struct ure,  μ,   a nd  li nea m at rix  inequal it ie (LMIs)   in  the  s olu ti on   of   L FT  prob l e m has  offe re [ 2].  H 2 /H ,   we re  com bin ed  by  Rotea   in  this  way,  two  i m po rta nt  approac hes  wer s uggeste d,   1)  optim al   c on t ro l   lim it   of   H 2   an H   ( act ually   con st raine d   opti m iz at ion ),   an 2)   at   the  sam tim op tim a c on t ro of  H 2 /H   [3 ] Lanz on  in  his  PHD  thesis   ch oo s e s   the   wei ght  f unct ion s   in   μ  a nd  H   desi gn   [ 4 ] Ma ny  of   the  po wer  sta bi li zers  pro po se f or  s yst e m of   the  sing le   m achine  are  not  able  to  res olv t he  interact io pro blem s;  wh il s om of   the  m ult var ia ble  sta bili zers  are  al so   la cking   s uitable   r obus sta bili ty Stud ie on   the   sta bili ty  are  m os tly  cond ucted   on  t wo  tra ns ie nt  a nd  ste a dy  sta te s.   At  op e rati on  c onditi on,  a   po wer  syst em   is  i it per m anent   sta te  [5 ] Wh e perform ance  is  in  the  per m anent   sta te if  su dd e c hange  ha pp e ns,  the  sy stem   will   go   towa r   the d ist urbance   In vestigat io of   the  cl assic   sta bili ty   [5 ] t he  opti m iz at io m e tho with   the  help  of  pa reto  m ulti - obj ect ive   [ 6],  t he  m et ho of  a dap ti ve   c on tr ol   [ 7],  the   no nlin ear  c on tr oller  [ 8],  us in the   pa ram et ers  est i m at ion   [9 ] rob us c ontrolle H2 / H   [10],  the   pole   pla cem ent  and  ap plica ti on   of  the  li near  m a trix  ine qual it [11],   fu zzy   a nd  Neural  net wor c ontr ol  [ 12 ] ,   an Ev olu ti ona ry  al gorithm   [1 3]   are  am ong  t he   w orks  w hich   ha been   done T he   prob le m   of   cl os e d - lo op  ide nt ific at ion   of   t he   Heffr on - P hill ips  m od el   par a m et ers  is  of   pr act ic al  i m po rtance  si nc the  data  us e f or   i den ti fica ti on   can  be  gat her e wh e th m achine  is  norm al ly   con ne ct ed  to  the  powe syst e m   [1 4].  I this  pa per,  at   first  the  po we syst e m   was  m od el ed.   The n,   the  pro blem   was  introd uced.  I this  pa per,  at   f irst,  H 2 /H ∞  c ontrolle was  i nvest igate with  ne insi gh al ong  with  the   ne w   con t ro ll er,  µ and   t hen   t hese   two  diff e re nt  con t ro ll ers  w ere  com bin ed  via  the  use   of   the  weig ht  m at rices.   So lvi ng  this  pr ob le m   would  be  possible  by   ap plica ti on   of  the  li nea m at rix  i nequali ty The  res ults  in dicat e   that,  the  go al of   H 2 /H   com bin at ion ,   including  el im inati on   of   t he  pe rturbati on  eff ect redu ci ng   the   con t ro ll in si gnal   a nd  acco unti ng  f or  the   uncertai nty  duri ng  the   syst em f un ct i on al it in vestigat io n,  we re  pro per ly   reali z ed.       2.   POWER  S YST EM MODE LL ING   The  sta bili zers   of  the   power  syst e m are  de sign e with  t he   ai m   of   im pr ov in th at te nu at ion   of  the   low  f re qu e ncy  os ci ll at ion of  the  syst e m based   on  the  si ng l m achine,  in finite   bus  m od el The  powe syst e m   sta bili zer  is   t rad it io nal  and   econom ic   con trolle w hose  ai m   is  to  increas the  dynam ic   sta bili ty   of   the  powe syst e m By   creati ng   the  da m pin el ect rical   torque,  the   sta bili zer  of  the  po wer   sys tem   will   i m pr ov e   the   dev ia ti ons  of  t he  ro t or s   r otati on s The   m entio ne eq ui pm ent  al so  op ti m izes  an tu nes  t he   excit in volt age,   by  creati ng   t he  s ui ta ble  vo lt age The  power   pla nt  of  Ma shha ci ty   is  locat ed  at   the  east ern   pa rt  of   t he  ci ty   at   th e   beg i nn i ng  of  S arakhs  B oule va rd.  T his  is  t he   old e st  po wer  plant  of  Khorasan  pro vin ce   and   ha el ec tric ity   gen e rati ng  unit s,  of  them   are  wor king  wit ste a m   and   the   oth e ones  a r gase ous.   The   ste a m   un it s   co ns ist  of   tw ELI a nd   tw S KOD unit s,  an th gaseous  unit include  tw BB un it and  two  ALSTO un it s.  This  powe pl ant  was  est abli s he in  1964  and   sta rte it work   in  1968 The  excit in syst e m   of   ALS TOM  gase ou unit of  the  po wer   pla nt  of   Ma s hhad  are  cl assifi ed  a the  sta ti ty pe.   Feedi ng   of  s uch   e xciti ng   syst e m   is  done  via  powe vo lt age   trans form er  and   th ree  c urrent   transfo rm ers  [15]   with  t he   capa bili ty   of   bein sat ur at ed T he  con t ro ll er  par of   t he  sti m ulatio syst em   of   ALS T OM  gas eous  unit incl ud e m ai con t ro m od ules.  By   el i m inati on   of   t he  th ree  c on tr olli ng   m odules,  in  order   t at te nu at the  osc il la ti on s,  the  pow e r   syst e m   sta bil izer c ou l be  a pp li ed In  stu dy ing   the   dyna m ic   sta bili t of  the   po wer  ne tworks a nd  al s in   the   cases  w her t he   changes  a nd   disturba nces  of   t he  net work  are  m ai nly  pa rtia and   slo w,  the  li near   generato r   m od el   cou ld  be   e m plo ye d.   I orde to  co nsi der   sync hrono us   ge ne rator,  we  use   r orde sync hro no us   gen e rato m odel  call ed  He ffr on - P hili ps  m odel  [ 11] . T his m od el  c onta ins  3 st at e v aria bles ∆ω r , ∆δ, ∆E q   Con si der i ng   th excit er  m od el   will   le ad  to  t he  intr oductio of  the  f ourth   sta te   var ia ble  ∆E b In   t hi s   m od el governing   differe ntial   equ at io ns   a re  li n ear  ar ound  operati ng  point.   Fig ure   1   s hows  bl ock - dia gra m   of   li near   m od of   Heffr on - P hill ips  m od el   al on with  excit er  and   AV Re gardin the  ge ner at or   pa ra m et ers   Hefron - Ph il ips  co e ff ic ie nts c ould  be o btaine d   by (1) [ 16] :     t d e q e b t d e d t e q d e e d b d e d d q d e e q b d e d q e q V X X E X K in E V X X X V X X X X X X K in E X X X X K i X X X X K in E X X X X X X ) ( , s ) ( ) ( c o s   X E   - =   K   , s , , s c o s   E E   =   K 6 q b 5 3 4 2 q b 1     ( 1)     Stat e sp ace  of  equ at io n o F i gure   1 sh ows i n (2).     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber   201 8   :   4 800   -   4809   4802   0 T K 0 0 0 0 H 2 1 0 B , T 1 T K K T K K 0 T 1 K T 1 T K 0 0 0 0 0 H 2 K H 2 K H 2 K A , T V u , E E x , Cx y Bu Ax x A A A A 6 A A 5 A d 3 d d 4 b 2 1 D m r e f b q r o o o   (2)           Figure   1. He ffr on - P hill ips m od el       3.   PROBLE M  S TATE MENT   3.1.   H 2 /H ∞  Contr oller   Existence  of  uncertai nty  crea te du to  an  un ce rtai an err at ic   input  (n oise  an dist urba nce)   a nd   Un - m od el ed  dy nam ic   cannot  be  descr i bed  com plete ly   an preci sel as   true  syst em   by  m at he m at ic al  m od el ing On  the  ot her   ha nd,   true   syst em   sh oul co ntain   the  f ollo wing  i m po rtant  obj e ct s:  robu st  sta bi li t y,   rob us t   an nom inal  per f or m ance,  set tl in tim e,  m axi m u m   ov er  sho ot  an et w hic try   to  gain   these   obj ect ives   of  t he  c ontrolli ng  pro blem   [4 ] .   T he  ty pe   of  unc ertai nty  is  a no t her  im po rtant  factor  in   the   s yst e m   analy sis.  Co ns i der ad diti ve unc ertai nty sh own  in   F ig ure   3.               Fig ure  2.  Δ M   Mode l       Fig ure  3. A ddit ive unce rtai nty       Obj ec tive 1 : i f 0 then  1 FS ( no m inal per form ance).   1 ) ( GK I S (S  is se ns it ivit y functi on).   Obj ec tive 2 : i f   0 then  syst em  is   r obus t st a bili t y.   K KG I M 1 ) (     1 ) ( ) ( )) ( ( M S j j if     ( 3)         Obj ec tive  3 is  wh it no ise   with  one  PSD   (power  sp ect ra den sit y).  H 2   norm caused   du to  decr ease  in  the   con t ro ll in si gnal 1 2 1 H nU RT ( T m inim iz U 1   va rian ce  with   noise   i nput) F (s),  R ( s)  a nd  γ (s)  a re   wei gh ti ng  functi on)  from  Pa rse val equat i on and  obj ect i ve 3 The n we  hav e  th ree tas ks f or   co ntr oller  d esi gn    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N:  20 88 - 8708       Ro bu st  Multi - Ob je ct iv e Co nt ro of Po we r  Syst em Sta bili zer  Usi ng Mixe ...   ( J avad  M asha yek hi F ard)   4803     ( 1 FS , 1 M ) S ( , 1 T 1 nU ),  s uc t hat,    1 ) G , K ( 1 RT ) G , K ( M ) G , K ( FS nU     (4 )     Pr oble m   (4 s how in  F ig ur 4.   Rotea   a nd  Do yl offe two  oth e r   m et h od for  s olv t his  pro blem .   [1 ] - [ 3].  la rge  cl ass  of   syst e m   with  un ce r ta inty   can  be  treat ed  as  LF (Linea fr a ct io nal  Tra ns f or m at ion ) .   LFT m od e l i s s how in  F ig ur e  3 . W : t he  disturba nce sig nal s to  the syst e m  w hich won’t be a fu nctio of stat es   of  syst em Z:  the  var ia ble  tha will   be   co ntr ol le d,   P:  t he  no m inal  op e l oop  syst em Y:  th syst em   m easur a ble  ou t pu t.  To  tra ns f or m   the  cha ng e diag ram   of   F i gure  to  the  LFT  m od e l,  we  will   wr it the  pro blem   in  the  sta nd a rd  for m and   t hen  so l ve  it   by  us in of Ri ccat equ at io [ 17] The  ( 4)  LFT  m od el   is  pr act ic able  in   F igure  a nd can  b e  used t o desig a  contr oller. S ta te  sp ace  of  F ig ur e  5 is w ritt en  in (5 ).       1 nU 3 2 1 22 21 2 12 11 1 2 1 RT M FS Z Z Z Z u D W D x C y u D W D x C z u B W B Ax x      1 2 3 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 0 0 0 12 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T f ff ff f W RR RR R CL ff R A BB xx B C A B B D B D xx f r n u xx B A xx BB A A BB D C C z z C z C y C C                               1 2 00 0 1 T f f f f RR W R CL x D D D D D x D r n u x DD x DD D C            (5)     Determ ining   th ree  wei gh fun ct ion s,  s pecifie in  F ig ur e. 4,  con ta in   sp eci al   i m po rtance U sing   rob us op ti m al  stat e feed bac m et hod for  (4)  e qu at i on s .           Fig ure  4. LFT   Mod el       Fig ure  5.   Gr a phic al   m od el  o f   pro blem  ( 4)       3.2.   µ C on tr oller     Her we  try   to   assess  r obus perform ance  of  this  cl os e d - l oop  syst em   by   us in µ - a naly sis.  Robust   perform ance co ndit ion i s e quivale nt to  the  f ollow i ng str uctur e si ngular  val ue  µ te st [ 2].     1 ( , ) ( ) w z P T M M W                                                                  (6)     The  c om plex  s tructu red  sin gu la valu () M   is  de fine as  1 () m in ( ) d e t( ) 0 M IM Lo w er  an d   Uppe r bon d of   µ can be  sho w to  b e 1 ( ) ( ) m in ( ) P U M M D M D   .     3.2.1.   D - K iter at i on   Unfortu natel y,  it   is  no know ho to  obta in  co ntr oller’ achievi ng   pat directl to  th structu re singular  val ue  te st.  But  we  can  obta in  the  lowe an up pe boun ds   of  µ.   This  m e tho t aken   her is  th so - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber   201 8   :   4 800   -   4809   4804   cal le D - it er at ion   pro ced ure.    The  D - it erati o i nvolv e sequ e nce  of  m ini m iz ations  ov e ei ther  K   or   D   wh il holdi ng  the  oth e fix ed,   unti sat isfact or co ntr oller  is  const r ucted.   First,  f or   fixe d,   th e   con t ro ll er  is  synthesiz ed   us i ng   t he  well - kn own  sta te - s pac H op ti m iz a ti on   m et ho d.   L FT  f or m   of   F i gure  is wr it te i e quat ions ( 7) [1 7 ] ,   [ 1 8 ]     U W P D I I D I I I 0 0 x C C 0 y z q , U W P ] B 0 0 [ Ax x     ( 7)     3.3.   New a ppr oa c h:   H 2 /H ,   μ  com bina tion    Now,   we  te nd  to  synthesiz two  c ollec tors  acco rd i ng  to  F ig ure   6.  As  m entione befor e th e   avail abili ty   of   rob us perform ance  causes  e xt rem e   lim i ta ti on   on  the  co ntr oller,  w hich  s om et i m es  pr eve nts  it  from   reaching  possible  c on diti on .   Als o,  a vaila bili ty   of   nom inal  per f orm ance  m eans  consi der i ng  op erati on  without  unce r ta inty and   it   is usual   that  the  e ssence o unce rtai nty  has  deci sive  ef fect  on  the  ope rati on.  S o,  w te nd   to  balance   betwee r obust   and   nom inal  perform ance.  W 1   an W 2   a re   weig ht  functi ons.  Hav i ng   t his  data ,   we  ca determ ine  w hich   f requen ci es   ha ve  m or un ce rtai nt eff ect with  reg a rd  to  t he  c on t ro ll er  e ff ect   of  μ .   Of   c ourse,   it   is  of   im po rta nce  to  m ention  that  r obus perform ance  con ta in nom inal  per f orm ance,  so con t ro ll er  coe f fici ent of  μ  s ho uld   be sm aller th an H 2 /H   c ontr oller co ef fici ent.    Problem  1 De te rm ine  W 1   a nd  W 2 , i way  that an  addit iv e uncertai nty s yst e m  co ntains  robust sta bili t y.      1 1 1 2 2 1 1 2 2 ( ) ( ) 1 M W K G W K G I W K W K M   (8)           Fig ure  6. Co ntr oller  H 2 /H       3.3.1.   Robus t opt im al sta te f ee db ac k wi th   H 2 /H ,   μ  co m bina tio n   We  now  at te m pt  to  fo ll ow  the  a naly sis  of   t he  c onditi on i ng  of  the   po le   placem ent  prob le m Re searche rs  s how a num ber   of  r ob us pe rfo rm ance  ind ic es   have  bee c on sidere in opti m iz at ion   appr oa ches  for  c on t ro syst e m   desig [1 8 ].   I r obus c ontrol  us in H   optim iz at ion th obje ct ives  a r ex pr es sed   i te rm s   of the  H - nor m  o trans fer f un ct io ns.  On e   of the  obj ect iv es is the  f ollowi ng :   KS S s u p m i n K   w her 11 [ ( ) ] S I j I A B K  I th is  pap e we  a s su m that  the  sta te   of   the  ge ner al iz ed   plant  G   is  avai la ble  for  fee db ack.  T be  m or preci se   le sta te - sp ace  de scriptio of   ( fig ur 3)   is  give by   (LFT  Mo del):     1 1 2 2 () W W x A X B U B W YX U KX x A B W K B W K X B W     ( 9)     The  sig nal  W   denotes  dist urban ce Th sig nals  a nd   denote  the  c ontrol  input  an t he  m easur ed   ou t pu t,  resp ect ively Nex to   gaining  K 1   by   H 2 /H   and   K 2   by  μ  analy sis,  we  te nd   t determ ine  weig ht   functi ons, usi ng li nea m at rix  ineq ualit y.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N:  20 88 - 8708       Ro bu st  Multi - Ob je ct iv e Co nt ro of Po we r  Syst em Sta bili zer  Usi ng Mixe ...   ( J avad  M asha yek hi F ard)   4805   Le mma 1:   (bo unde d - real  le m m a)  giv en  a   const ant 0 for  syst e m M(s)  (A,  B,  C)  th fo ll owin t w sta tem ents  are  eq uiv al e nt,  1)  this  syst em   i sta ble ) ( s M   2)  there   exists  a   s ymm et ric  po si ti ve   d efi nite m a trix Q ,  su c t hat: [ 19 ]     1 1 0 0 TT q TT pq qq A Q QA QB C p B Q I D C D I Q         (10)     Le mma 2:   Co nsi der   the  fee dback  syst e m   of   Figure. 3,   w he r is  giv en  by   (9 ).   T hen,  giv e co ntro ll e is   adm issi ble  and   cl os lo op  s yst e m   is  ro bu st  sta bili ty   an desi red   perf or m ance  if  an only   if  ther exists  12 W a n d W   so l ving the  foll ow in g LM I p r ob le m :     1 2 1 2 12 0 0 , 0 , 0 T T T T W T W A B Y B Y Y B Y B A B C B I D C D I YY               Wh e re, 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 . , W Y K W Y K   12 K a n d K Desig with  eq uations  an a nd  con tr oller   ach ie ve s     1 1 2 2 K W K W K .       Lem m a 2 , it he lps to  so l ve of   pro blem  1 . Mashayek hifa rd et al prese nted  Robust   m ulti - ob j ect iv e stat ic  o ut pu feedbac k wit H 2 /H ,   μ  c om bin at ion   [ 20 ]     4.   METHO DOL OGY    a.    To  de sig the  H 2 /H   f or   the  process  with  uncertai nty.  ( It  helps  to  sel ect   the  weig htin f un ct io pro perl y).   Fo H 2   /H   des ign   can  us Ro te a   and   D oyle   m et ho d.   ([3],  [ 8])  or   us e 1 ) , ( ) , ( ) , ( G K RT G K M G K FS and   obta ined 1  K .   Fo , F a n d R   we  us in ver se  se ns it ivit fu nctio n.   Or  us A uto m at i W ei gh Sele ct ion   Algo rith m   [4 ] ,   [21].   b.     To  de sig the  µ   con tr oller  f or  the  pr ocess  with  uncertai nt (if  the  proc ess  is  un sta ble at   first  m us be  sta bili ze).  D - K   it erati on   m e tho ca be  us e to  i m pr ove  th perform ance  of   the  c ontroll er  desi gn   for  the   syst e m . P eak  va lue of t he  µ  ( D - it erati on)   bound sh ould   be  le ss t han on e,  an d o btaine d 2  K .   c.    Order re duct io m et ho ca n b e u se t re duc e the  order o t he 12   K , K .   d.     12 , WW   are  giv e n wit h LM I (12 the the   rob us t st ab il ity of  t he  syst e m  h as to  b e   es t ablished .   e.    in finity  norm  o f 2  W   m us t be s m al le than 1  W   f.    1 1 2 2 K W K W K    This c on t ro ll er  ( K ) has  r obus t  stabil it y and   de sired pe rfor m ance.       5.   RESU LT S  O F SI MU LT I O N   First  H 2 /H   co ntr oller  and   th en  µ  is  design e d.   A fter  that  th or de of  I+ G was  re duced   by  the  help   of  the  resid ua m et ho d.  Re ga rd i ng  the   pra ct ic al   con sid er at ion a nd  by  ap plica ti on   of  the   in ver s of  the   sensiti vity   fun ct ion s,  t he  weigh functi ons  wer sel ect ed   with  the   f or m   of   I s s R 2 0 0 2 I 4 s 5 . 0 ) 1 s 1 . 0 ( 4 F ,   I s s 10 1 0 0   K 1   and   K 2   ar determ ined  a ccordin to  the   equ at io ns   a nd   7,   w hile  w 1   and   w 2   we re  de fine reg a r di ng  eq ua ti on   12.  Acc ordin to  F ig ur e   an sect i on   3.A  a nd  3.B was  desig ned.  The  sim ulati on were   done  by  MAT LAB  softwa re  and   t oo l boxes  of   LM [ 22 ] Robust  m ulti o bj ect iv co ntr ol   too lb ox   [23]  and   µ   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber   201 8   :   4 800   -   4809   4806   [24]  wer em plo ye d.   I the  desig ning  pr oc ess,  we  us e Heffr on - P hill ips  m od el   wh ic h   is  red uce or de m od el In   ord er  to  est i m at e   ou desig ns   thr ough  sim ula ti on s,  we  us com plete   m od el   of   powe syst e m   con ta ini ng  syn chro nous   gen e rator,  excit er  s yst e m go ve rnor,  tur bin e 3 - phase  tra ns f orm er,  tra ns m issi on   li ne,  load  a nd   in fini te   bu s.  F or  co m par ison   pur poses,  we  com par the  va riat io ns   of  be fore  a nd   a fter  3 - ph as fau lt   occurri ng  in   th m idd le   of  tra ns m issi on   li ne.  Th ree - phase  f ault  occ urs  at   0.5  sec a nd  is  gone  withi 0.55  sec.   In   a ddit ion t he   com par ison  of   t he  sin gu la r   values  for  c ontr olli ng   si gn a l relat ed  to  th ree  ty pes  of  de sign   is  dep ic te i F ig ur 7.   Th res ults  sh ow  that  the  la rg est   am ount  of  the  co ntr ol  sign al   is  relat ed  to  µ  co ntr oller  and   t he  lo west   a m ou nt  was  associat ed  with  H 2 /H Step   respo ns of  t he  cl os e lo op   syst e m   fo th three  con t ro ll ers  sho wn in  F ig ur e  8.     Figure  i nd ic at es  that  the  be st  functi on  of  the  c on t ro ll er   is  f or  µ  w hile   H 2 /H   s how the  wea kest   perform ance.  I co uld   al s be   note that  si nc the  syst e m   has  m ulti ple  in pu ts   an outp ut s,  the   sen sit ivit and  weig ht  f unct io ns   hav e   the  m at rix  f orm The  res ults  ve rify  the  s uccess  of   com bin ing  th rob us a nd  nom inal  perform ance  w it each   ot her .   Re achin t t he  m entione obj ect ives   wit the   m ini m u m   con trolli ng  sign al   is   on e   of  the   ad va ntages  of  H 2 /H   co ntr oller.  M os of  the   rob us co ntr ollers  hav hi gh   orders  an c on trolli ng  sign al s.  B ut  this  new   a ppro ac did   well   in  this  reg a r d.   H 2 /H   con t ro ll er  ha the  order   of   7,   an µ  co ntr oller’s   order   i 10,  due  to  use   of  orde re du ct io m et ho d,   the  order   of   t he  H 2 /H   con t r oller  is  5.   F or  fu rt he r   inv est igati on  of  th ree  co ntr oller,  the   f or m   of  the  wa ves  rela te to  ro t or   a ngle   an s pee are  s hown  acc ordin to  2%  p.u  incr ease  in  the  in put  volt age  of  the  syst em   in  F igure  a nd   10,   resp ect ively The  m entioned  figure s   ind i cat f or H 2 /H   co ntro ll e the   at te nuat io rate of  3  a nd  lo w   os ci ll at ion. Var ia ti ons o f   r otor  s pee befor e   and after  3 - ph a se f a ult   sho wn  in  F ig ure  11.           Fig ure  7. Sin gula r value  for c on t ro ll in sig na l ( H 2 /H ,  µ H 2 /H )           Fig ure  8.  Ste p respo ns of clo se lo op  syst em   ( H 2 /H ,  µ , H 2 /H )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N:  20 88 - 8708       Ro bu st  Multi - Ob je ct iv e Co nt ro of Po we r  Syst em Sta bili zer  Usi ng Mixe ...   ( J avad  M asha yek hi F ard)   4807       Fig ure  9. Roto r  angle wit h 2 %  (p. u)  c ha ng e       Fig ure  10. R oto r  sp ee d wit h 2 % (p. u) cha nge           Fig ure  11. Vari at ion of roto r spee d bef or e  a nd after  3 - ph as e fa ult       6.   CONCL US I O N   Pr ovi ding  the  sp are  pa rts  an res olv i ng   t he   error i the   excit at ion   sys tem   are  a m on the  m os i m po rtant  pr oble m of   the  old   power   pla nts.  F or   this  r easo n,   re place m ent  of   the  c on t ro sect io of   the  excit at ion   syst e m   see m s   necessary.  For  at te nu at in the  os c il la ti on by  con t ro ll in the  excit at ion   proc ess,  the   sta bili zers  of  t he  power  syst em are  us ed.  T he  ai m   of   this  pap e is  t des ign   a   r obus st abili zer  of  the   powe syst e m   fo the  power   plant  of  Ma sh ha ci ty First  the  para m et ers  of   Hefron  Ph il ips  m od el   was   de rive a nd   ob ta ine d,  since   there  is  no  ce rtai m od el   of  the  syst em   in  hand,  the  rob us pe rfor m an ce  is  consi de re d.   By   rob us perform ance,  it   m eans  by  con si der at i on   of   the  unce rtai nty  the  erro rs  of  the  syst em   be  m ini m ized I order  to  i nv es ti gate  the  r ob us pe rfo rm ance,  µ  a naly sis  was  us e d.   G ener al ly e xistence  of   t he  r obus perform ance  resu lt in  the  sever li m it ation on  the  co nt ro ll er  w hich  is   so m eti m es   m akin it   an  unf easi ble  issue,  a nd   if  it   cou l be  feas ible  the  orde of   the  c ontr oller  w ou l bec om hi gh e an the  res ulted  c on t ro sign al   w ould  be   increase w hi ch  w ou l le ad   to  sat ur at io of  the  act uato r.   In   order   t dec rease  the  c on tr olli ng   sign al s,   it   is  ne eded  to   use   t c ontrolle rs   of  µ  a nd  H 2 /H   f or  the   pe rform ance  of  rob ust   an it sta bi li t y.   Desig ni ng  the  filt ers  or   in  t he   oth er  w ords  weig ht  functi ons  ha ve  al so   c ru ci al   r ole  in  determ inati on   of   th e   cl os ed  l oop  re sp onse I this   con te nt,  fi rst,   three  weig ht  functi ons  we re   desig ne f or   H 2 /H   co ntr oller  a nd   then  tw weig ht  functi ons  by  LMI  we re  des ign e f or   bala ncin bet ween  H 2 /H   an µ.  Du t m ulti   v ariabl e   syst e m   of   the  weig ht  f un ct io ns th ey   wer plo tt ed  in  t he  f or m   of   m at rix  and   t he  sin gula val ues.   T he  resu lt s   sh ow  t hat  the   cl os e lo op  was   sta bili zed  des pite  of  th existe nce   of   uncertai nty  a nd  ha t he   de sirabl e   perform ance.  More ov e r,   the   response  of   t he  cl os e loop   and   c on tr olli ng  sig nal  of   the   com bin ed  co nt ro ll er   (H 2 /H ) is  be tween  t he  tw oth er   co ntr ol le rs.   T he  a ng le   an s peed  of  ro t or   ver i fies  the  ef fecti ve nes an adv a ntage of  t he  s uggeste m et ho d.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber   201 8   :   4 800   -   4809   4808   7.   APPE ND I X     A.   N omencl ature   X d       direct a xis r eact anc of  s ynch ron ou s  m a chine ( p.u)   X / d     direct a xis  tran sie nt r eact ance  of sync hrono us   m achine (p.u)   X q      qu a drat ure  ax is  reacta nce   of sync hro nous m achine    X / q    qu a drat ure  ax is t ra ns ie nt rea ct ance  of   synch r onous  m achine    X e   transm issi on  li ne react anc e   T / do    direct - a xis  tran sie nt ope n ci rcu it  tim e con sta nt    K to   K 6    H ef fron - P hill ips m od el  co e ff ic ie nt   K A    DC  gain of t he AVR   T A      tim e con st ant of t he AVR   K    P SS gai         i ner ti a c onsta nt   E b       excit er Ou tpu Vo lt ag   E q       vo lt age  pr oport ion al  t o d irect  ax is Fl ux  li nk age s   δ  (t    roto a ngle     ω r   (t)   speed  of  the  ro t or     T m         m echan ic al /e le ct rical  tor qu e   Iq      gen e rato r st at or  c urren t   V t       Tem inal v oltage  of sync hro nous m achine( p.u )   ∆    Denotes sm al l per tu rbat ion i the  v a riable  f r om   ste ady stat e v al ue   f b        Synchro no us   Generat or       B. M achine  d ata   X d   X / d   X q   X / q   X e   T / do   K 1   K 2   2 .01 3     0 .3   1 .76   0 .65   0 .68   0 .53   0 .55   1 .2   K 3   K 4   K 5   K 6   K A   T A   K D   H   0 .66   0 .7   0 .09 5   0 .81 5   50   0 .5   7 .1   3 .5       ACKN OWLE DGME NT   This  researc h was  fina nced f ro m  the bu dg et  of I sla m ic  A zad  Un i ver sit y, S abzev a r br a nc h - I ran.       REFERE NCE S     [1]   J.   C.   Do y l e,   e t   al. ,   Stat e - Spa ce   Soluti on  to  Standa rd  H 2   and  H   Control   P roble m s , ”  IEEE   Tr ansacti ons  o Aut omatic Cont r ol v ol /i ss ue:   34 ( 8 ) ,   pp .   831 - 847 ,   1989.   [2]   J.  C.   Do y l e,  et  a l. ,   Revi ew  of   L FTs,  LMIs,  and   µ , ”  Proc .   I EE E   Confe renc on  Dec ision  and  C ontrol ,   Br igh ton ,   UK ,   pp.   1227 - 12 32,   1991 .   [3]   M.   A.  Rot ea   an d   P.   P.   Khargo neka r,  H 2 - optim al   Control  wit an  H∞   constr ai nt   The  State  Feedba ck   Case , ”  Aut omatic a v ol / issue:   27 ( 2 ) ,   pp.   307 - 316,   1991 .   [4]   A.   La nzon ,   W ei ght  Selecti on  in   Robust  Control An  Optimis at ion  Approac h,   W olfson  Coll ege ,   Control   Grou p,   Depa rtment  o Engi ne eri ng ,   U nive rsit y   of  Ca m bridge   dissertation  subm it t ed  for  the  degr ee   of   Doctor   o f   Philosoph y ,   200 0.   [5]   P.   M.   Anderson   and   A.   A.   Foua d,   Pow er  s y ste m   cont rol  and  st abi lit y ,   Iowa  st at un ive rsit y   pr ess,  Iowa,   US A ,   1977.   [6]   R.   J.   Fleming   and   J.   Sun,  A opti m al   stabi l iz er  for  m ultim ac hine   pl ant , ”  IEE Tr ansacti on  on  en ergy   conv ersion,   v ol /is sue:   5 ( 1 ),   pp.   15 - 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In t J  Elec  &  C om En g     IS S N:  20 88 - 8708       Ro bu st  Multi - Ob je ct iv e Co nt ro of Po we r  Syst em Sta bili zer  Usi ng Mixe ...   ( J avad  M asha yek hi F ard)   4809   [18]   A.   Pack ard   and   J.  Do y l e,  The  Com ple Struc ture Si ngu la Value , ”  Aut oma ti ca v ol /i ss ue:   29 ( 1 ) ,   pp .   71 - 10 9,   1993.   [19]   S.   B o y d ,   e al. Li nea Matri Ine qualities  in  Sy stem  and  Cont rol  The or y ,   Societ y   for  Industr ia and  Appli ed   Mathe m at i cs,   Ph il ad el phi a, 1994.   [20]   J.  Masha y ekh if ard ,   e al. ,   Robust  Multi - Objective   Sta ti Output  Feedback  Control   Ba sed  on  H 2 /H / µ  Com bina ti on , ”  Canadian  Journ al  of   Pure   and  A ppli ed   scie n ce s v ol /i ss ue:   8 ( 2 ) ,   p p.   2969 - 2978 ,   2 014.   [21]   S.   Sara th,   Aut om at ic   W ei ght  Sele c ti on  Algor it hm   for  Designing  Infini t cont roller  for  Acti ve  Magn et i Bea ring , ”  Inte rn ati onal Journal of  Eng ine ering   S ci en ce and  Tech nology v ol / issue:   3 ( 1 ) ,   2011.   [22]   P.   Gahinet,  e al . LMI  Contro l Tool box  for   Us e   with  MA TL AB ,   Th Ma thWorks ,   Inc ,   1995 .   [23]   D.   Peauc e ll an d   D.  Arze li er ,   Robust  m ult iobj ec t ive   cont ro to olbox , ”  Proc ee d ings  IEE Symp osium   Computer - Ai ded   Control  S yste m Design ,   M unic h,   Germ an y ,   2006.     [24]   G.  J.  Balas,  e a l. ,   µ - Anal y sis  a nd  S y nthe sis  To olbox  for   Us with  MA TL AB ,   T he  Mathworks  Inc ,   Version  3 ,   2001.       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS        Java Masha y ek hi  Fard  rec e ive d   the   B. S.  degr e e   in  power  engi nee ring  from   the   Islamic   Aza Univer sit y ,   Bojn ourd,   Ira n,   in  2 003,   The   MS   degr ee   in  cont ro engi ne eri ng  fro m   Islamic   Aza Univer sit y ,   Sout Te hra bra nch ,   Ira in  2006,   a nd  his  Ph.D   in  C ontrol   Engi ne eri ng  from   I slamic   Aza Univer sit y ,   Sc ie nc and   Resea rch   Bran ch,   Te h ran ,   Ir a in  2013 .   He  is  cur ren tly   a As sistant   Profess or  in  the   Ele ct ri ca l   Engi n ee r ing  Depa r tment   at   Isl amic   Az ad  Univer si t y Sabze var ,   Ira n .   His  rese arc intere sts  include  o pti m al   and  robu s cont rol ,   proc e ss   cont rol,   and   m ult iva ri abl e   co ntrol   s y s te m s.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.