I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o f  El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020 ,   pp .   840~ 8 48   IS S N :   2088 - 8708 ,  D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 1 . pp840 - 8 48             840       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   Hy b r i d   IW OPS O  o p t i m i z a t i o n   b a se d   m a r i n e   e n g i n e   r o t a t i o n a l   sp e e d   c o n t r o l   a u t o m a t i c   s y st e m       A h m e d   S am aw i   A l k h afaji 1 ,  A b d u l r as u l   A .   A l - h ayd e r 2 ,   A l i   S h ab an   H as s o o n i 3   1 , 2 D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i ng ,   U n i v e r s i t y   o f   B a b y l o n ,   I r a q   3 D e pa r t m e n t   o f   B i o m e di c a l   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t y   of   B a by l o n,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d  M a y   12 ,   2019   R e v i s e d  S e p  5 ,   2019   A c c e pt e d  S e p   27,   201 9       T r a n s po r t i ng   i nd us t r y   i s   ha v i ng   a n  i m po r t a n t   i nf l u e nc e   o n  t he   na t i o ns ’   pr o g r e s s .   T he   s t a t e s   t h a t   h a v i ng   l o ng   s ho r e l i n e   a r e   t a ki ng   a dv a nt a g e   of   t he i r   l o c a t i o ns   i n  us i ng   s e a   t r a ns po r t a t i o ns   w h i c h  i s   m o r e   e c o no m i c a l   t ha n  o t he r   t y pe s   o f   t r a n s po r t a t i o ns .   O ne   o f   t he   m o s t   e c o nom i c a l   m a r i n e   t r a ns po r t   i s     t he   d i e s e l   f ue l i ng   e ng i ne s .   T h i s   pa p e r   i s   t o   o pt i m i z e   t he   P I D   c ont r o l l e r   t o   c o nt r o l   t he   s pe e d  o f   t he   e ng i ne   o v e r c om i ng   t he   n a v i g a t i o n  e nv i r o nm e nt a l   c ha ng e s   s uc h  a s   w a v e s ,   w i nd s   a nd  o t h e r   e f f e c t i v e   e x t e r n a l   f a c t o r s   a s   w e l l   a s   t he   v e s s e l   i nt e r n a l   c ha ng e s   s uc h  a s   t he   s h i pm e n t   l o a d ,   e qu i pm e n t ’ s   c o ndi t i o ns   e t c .   P I D   i s   o pt i m i z e d  t h r o ug h  t he   o pt i m um   s e l e c t i o n  o f   i t s   pa r a m e t e r s     ( K P ,   K I   a nd  K D ) .   A   S i m ul i nk / M a t L a b  m o de l   o f   t he   s y s t e m   i s   de s i g ne d  f o r   t hi s   p ur po s e .   T he   H y br i d  I W O P S O   ( H I W O P S O )   a l g o r i t hm   i s   us e d   f o r   f i ndi ng   t he   o pt i m um   v a l u e s   o f   t he   P I D   pa r a m e t e r s .   T he   e ng i n e   s t e p   r e s po ns e   w i t h   t h e s e   pa r a m e t e r s   i s   c o m pa r e d  t o   t he   r e s po ns e s   w i t h   t ho s e   o bt a i ne d   by   t he   I W O   a nd  P S O   be s i de s   t he   F uz z y   L o g i c   C o nt r o l   ( F L C ) .   Ke y w or d s :   E n gi n e   r o t a t i o na l   s pe e d  c o n t r o l   s y s t e m   H y b r i d  IW O P S O   M a i n  di e s e l   e n gi n e   P ID   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .    A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   A hm e d  S a m a w i   A l k ha f a j i ,    D e pa rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   E ngi n e e ri n g ,   U n i v e r s i t y   of   B a by l o n ,   B a by l o n ,   I ra q .   E m a i l :   a hm e d. s a m a w i 201 9 @ g m a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   In   o r de r   t o   m a i nt a i n   a   c o n s t a nt   m a ri n e   t hr us t ,   t h e   m a i n   e ngi n e   r o t a t i o na l   s pe e d  n e e ds   t o  b e   ke pt   c o n s t a n t   de s pi t e   t h e   m a r i n e   v e s s e l   l o a d  a n d  na v i ga t i o n  e n v i r o nm e nt s .   T hi s   i s   n o rm a l l y   a c c o m pl i s h e d  b y   us i n g  a ut o m a t i c   c o n t r o l l e r .   T h e   c o n t r o l l e r ’s   p a r a m e t e r s   n e e d  t o   be   a n   o pt i m a l   t o   ge t   a   t r us t e d,   r e l i a b l e ,   e f f i c i e n t ,   e c o n o m i c a l   a n d  f a s t   r e s po n di n g  v e s s e l   a t   a l l   w o r ki n g  c on d i t i o n s .   S i n c e   t h e   e n gi n e   r o t a t i o n a l   s pe e d  i s   pr o po r t i o na l   w i t h   t h e   f ue l   a m o un t   f e e ds   t o   t h e   e n gi n e   c y l i n d e r s ,   t h e   s pe e d  c o n t r o l   t h e r e f o r e   s h a l l   b e   d o n e   b y   c o n t r o l l i n g  t h e   f ue l   f l ow   [ 1,   2] .  T h e   i n v e s t i g a t e d  s y s t e m   w or k i n g  p ri n c i p l e s   w e r e   s t udi e d  by   t h e   a u t h o r s   a n d    a   P ID   t y pe   c o n t r o l l e r  i s   us e d.   T h e   c o r e   o f   t h i s   w o r k  i s   t o   de t e r m i n e   t h e   c o n t r o l l e r   p a ra m e t e r s   t o   ge t     t h e   o pt i m a l   b e h a v i o r  o f   t h e   s y s t e m   [3 ]   T h e   f a m o us   “ Z N ”   Z i e gl e r - N i c h o l s   m e t h o d  o f   P ID   o pt i m i z a t i o n   i s   us i n g  t h e   o pe n - l o o p  a n d   c l o s e d - l o o p  r e s p o n s e s   c h e c kup  of   t h e   pl a n t   w h i c h   i s   s h o w n   i n   [4,   5 ].   It   i s   e xpe ri e n c i ng  u nn e c e s s a r y   ove r s h o t   of    t h e   pl a nt   r e s po n s e .   Z N   i s   v e r y   c o m pl i c a t e d  a n d  di f f i c ul t   t o   b e   us e d  t o  s o l ve   a   c o n t r o l l i ng  p r o b l e m   i n  c o m pl i c a t e d  s y s t e m s   s uc h   a s   t h e   m a ri n e   di e s e l   f ue l   e n gi n e   t ha t   t hi s   w o r k  i s   de a l i ng  w i t h.   A f t e r   t h e   a dv a n c e d   pr o g r e s s   i n   c o m put a t i o n s   m a c h i n e s ;   n um e ri c a l   o pt i m i z a t i o n  m e t h o d  i s   b e c o m i n g  e a s y   t o  b e   u s e d  t o   a dj us t     t h e   P ID   pa ra m e t e r s   p a s s i n g   t h e   n e ga t i v e   a s pe c t s   o f   t h e   c o n ve n t i o n a l   m e t h o ds .   T h e   di f f i c ul t i e s   o f   c o n t r o l l i n g   t h e   m a r i n e   e n g i n e   r o t a t i o n a l   s pe e d  i s   b e c o m i n g   a b l e   t o   b e   s o l v e d  by   us i n g   t hi s   c o n c e pt   [3 ].   Y e a r s   a go ,   m a n y   s w a r m i n g  p ri n c i p l e s   w e r e   w i de l y   us e d  t o  opt i m i z e   t h e   P ID   c o n t r o l l e r.   I n   t h e   1991 - 1992,   t h e   (A CO )  A nt   Co l o n y   O pt i m i z a t i o n   w a s   a do pt e d  f o r   t h e   f i r s t   t i m e   b y   M .   D o r i go   a n d   c o l l e a gue s   w h o  w e r e   s t i m ul a t e d  b y   n a t u r e   t o   p r o duc e   a   m a t h e m a t i c a l   s i m ul a t i o n   f o r   s o l v i n g   t o ug h  c o m b i n a t o r i a l   o pt i m i z a t i o n  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       H y br i d   IW O P SO   opt i m i z at i on  bas e d   m ar i n e   e ng i ne   r ot a t i o n al   s p e e d   c ont r o l   . . .   ( A hm e d   Sam aw i   G ht hw an )   841   i s s ue s   [6 ,  7].   F a r o o q  a nd  o t h e r s   [8 ]  w e r e   i n s p i r e d  by   t h e   be e   m e t h o d  of   c o m m uni c a t i o n   a nd  de v e l o pe d  a n   a l go ri t hm   f o r   “ r o ut i ng  i n   t e l e c o m m uni c a t i o n   n e t w o r ki n g ” .   P a r t i c l e   S w a rm   O pt i m i z a t i o n   (P S O )  t e c hn i que     w a s   pr e s e n t e d  by   E b e r ha r t   a n d  K e nn e dy   [9 ]  a f t e r   t h e i r   s t udy   of   t h e   b i r ds   t e e m i ng  a n d  f i s h   l e a rni n g  s t ra t e gi e s .   A   n e w   c o m put a t i o n   a l go r i t h m ,   t h e   I n v a s i v e   W e e d   O pt i m i z a t i o n   w a s   i n t r o duc e d  i n   20 06  by   M e h ra b i a n   a nd  L uc a s   [10 ].   T h i s   w o r k  i s   us i n g  a   n e w l y   de ve l o p e d   n u m e ri c a l   a l go r i t hm   (H IW O P S O )  t o   o pt i m i z e   t h e   P ID   pa r a m e t e r s .   T hi s   a l go r i t hm   i s   a   c o m b i na t i o n   o f   bo t h   P S O   a n d  IW O   by   t a ki n g  s o m e   of   t h e   c h a ra c t e ri s t i c s   of  e a c h   o n e   a n d   a p p l i e d  t h e m   i n  t h e   n e w   H IW O P S O   [11 ].   T h e   ob t a i n e d  r e s ul t s   a r e   e v a l u a t e d  a ga i n s t   t ha t   a r e   ob t a i n e d  by   t h e   t w o   o r i gi na l   a l go ri t hm s   (IW O   a n d  P S O )  a s   w e l l   a s   t h e   w i de l y   us e d  m o de r n   (F L C)  t e c hni que .   T h e   l e a d i n g   c ri t e r i a   us e d  t o   e v a l ua t e   t h e   num e r i c a l   t e c hni que s   i s   t h e   “ s q ua r e - e rr o r - i nt e g r a l ”   c ri t e r i a   [12 - 14 ] .    T h i s   a rt i c l e   i s   c o n s i s t i ng  o f  f i v e   s e c t i o n s .   S e c t i o n   o n e   of   t h i s   a rt i c l e   i s   t hi s   i n t r o duc t i o n .   T h e   m a ri n e   di e s e l   e n g i n e   r o t a t i o na l   s pe e d  c o n t r o l   s y s t e m   i s   e xpl a i n e d   i n   s e c t i o n  t w o   w h i l e   s e c t i o n  t hr e e   i s   p r o v i di n g    a n   i nt r o duc t i o n   o f   t h e   IW O / P S O   a l go r i t h m   a n d  t a c t i c   us e d  t o   s e t   t h e   a l go ri t hm   p a r a m e t e r s   a s   w e l l   a s   a   qu i c k  r e v i e w   of   P S O   a n d  IW O   a l go r i t h m s .   I n  s e c t i o n   f o ur ,   a   S i m ul i n k  m o de l   o f   t h e   s y s t e m   i s   c o n s t ruc t e d  a n d   di f fe r e nt   P ID   c o n t r o l l e r   t u ni n g  a l go ri t hm   a s   w e l l   a s   t h e   F uz z y   L o gi c   Co n t r o l   a r e   a pp l i e d .   T h e   w o r k  i s   c o n c l ude d  i n  s e c t i o n   f i v e       2.   M A R I N E  D I ES EL   EN G I N E   R O TA TI O N A L   S P EED   A U TO M A TI C   C O N TR O L   S Y S TE M   T h e   e ngi n e   i s   m a i nt a i n e d  a t   a   de s i r e d   s pe e d  de s pi t e   di s t u r b a nc e s   (s uc h   a s   c h a ngi ng  i n  l o a d)   e f fe c t i n g  t h e   m a r i n e   v e s s e l   i s   a c c o m pl i s h e d  by   c o n t r o l l i ng  t h e   f ue l   f l ow   i nt o   i t s   c y l i n de r s .   A   go v e r n o r  i s   u t i l i z i n g   t hi s   f un c t i o n   by   a   c o n t i n uo us   r e po s i t i o n i n g  t h e   f ue l   pum p  ra c ks .   T h e r e   a r e   s e v e r a l   t y pe s   of   g ov e r n o r s ;   m e c h a ni c a l ,   h y dra ul i c   a n d   e l e c t ri c a l   go v e r n o r s   [1,   2 ,   15 ,   16 ].   T h e   m e c h a ni c a l   go v e r n o r,   s h o w n   i n  F i gu r e   1 ,   i s   c o m po s e d  of   t w o   b a l l s   f i t t e d  o n  a   m a i n  s pi ndl e   t hr o ug h  a rm s   i n  s uc h   w a y   t o   gi ve   t h e m   a   f r e e   r e a di l y   m o ve m e n t .   A   s l e e v e   i s   c o nn e c t e d  t o   t h e   a rm s   a t   t h e   e nds   fa r   f r o m   t h e   s pi ndl e   t hr o ug h   t w o   l i n ks   w h i c h   i s   m o v i n g  v e r t i c a l l y   a c c o r di n g  t o   t h e   b a l l s ’  m o v e m e n t .   A t t a c h e d  t o   t h i s   s l e e v e   i s   a   f ue l   r e gul a t i n g  v a l v e   t h a t   m o ve s   a c c o r di ng  t o   t h e   m o ve m e n t   o f   s l e e v e .           F i gu r e   1 .   P ri n c i pl e   o f   m e c ha n i c a l   go v e r n o r   [ 16 ]       T h e   h y dr a ul i c   go v e r n o r   i s   r e p r e s e n t e d  i n  F i gu r e   2 .   It   i s   c o n t ro l l i n g  t h e   f ue l   v a l v e   o pe n i n g  by   t h e   o i l   pr e s s u r e   c ha n ge s   w h i c h  i s   c o n t r o l l e d  by   t h e   h y dr a u l i c   go v e rn o r .   T h e   go v e rn o r   s l e e ve   i s   c o n n e c t e d  t o   a n   o i l   a c t ua t i n g   pi s t o n.   T h e   s l e e v e   m ov e m e n t   i s   c ha n gi ng  t h e   p r e s s ur e   o n   t h e   t ra n s m i t t i n g   pi s t o n  a n d   t h e r e f o r   t h e   o i l   pr e s s u r e   i s   c h a n g i n g  a c c o r di n g  t o   t h e   pi s t o n   po s i t i o n.   T h e   m o s t   a c c ur a t e   a n d  r e l i a b l e   go ve r n o r   i s   t h e   e l e c t r i c a l   o n e   F i gu r e   3.   It   i s   c o n s i s t i n g  o f   r e c t i f i e r ,   c o n t r o l l e r   a n d  a m pl i f i e r.   T h e   c a m s h a f t   o f   t h e   e n gi n e   i s   i n t e r l o c ke d  t o   a n   a l t e rna t o r  w h i c h   i s   p r o duc e s   a n   e l e c t r i c a l   c u rr e nt   p r o po rt i o na l   t o   t h e   e n g i n e   s pe e d.   T h i s   c u rr e n t   i s   r e c t i f i e d  i nt o   D C  c urr e n t .   T h e   c u rr e n t   i s   t h e n  a m p l i f i e d  a n d  c o m pa r e d  t o   t h e   s e t   v a l ue   w h i c h   r e p r e s e n t i n g   t h e   r e qu i r e d  r o t a t i o na l   s pe e d  of   t h e   e n g i n e .   T h e   e rr o r  s i g na l   p r o duc e d  by   t h e   c o m pa ra t o r   i s   c o n t r o l l i n g   t h e   f ue l   v a l v e   a n d   h e n c e   t h e   f ue l   f l o w   i n t o   t h e   e ngi n e   t o   ge t   t h e   r e qu i r e d  s pe e d  [1 ,   2,   15 ,   1 6].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   C o m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020  :     84 0   -   8 48   842       F i gu r e   2 .   P ri n c i pl e   o f   h y dr a ul i c   go ve rn o r   [16 ]           F i gu r e   3 .   E l e c t r i c   go v e rn o r   [16 ]       3.   D ES I G N   A L G O R I T H M S   3. 1 .   P ar ti c l e   s w ar m   o p ti m i z at i o n   (P S O )   P S O   w e r e   pub l i s h e d  f o r   t h e   f i r s t   t i m e   i n   199 5  by   K e n n e dy   a n d  E b e rha r t   [ 9 ,   17 ].   It   i s   m i m i c   by   h ow   t h e   b i r ds   c o m m u n i c a t e   t o   g r o upi n g  a n d   f o r a gi ng  du ri n g   t h e i r   f l a y i n g .   It   i s   t ra c ki n g   t h e   po s i t i o n   a n d     v e l o c i t y   of   a   m o v i n g  p a r t i c l e   [9,   1 8,   19 ].   T h e   ( 1 )   a n d   ( 2 )   a r e   r e p r e s e n t i n g  t h e   n e x t   pa rt i c l e ’s   v e l o c i t y     a n d  po s i t i o n  [11 ,   4 ].     ( + 1 ) = ( ) + 1 ∗ 1 ∗ ( ( ) − ( ) ) + 2 ∗ 2 ∗ ( ( ) − ( ) )   (1)     ( + 1 ) = ( ) + ( + 1 )   (2)     W h e r e   P i  r e p r e s e nt i n g   t h e   p a r t i c l e   b e s t   c urr e nt   po s i t i o n   a n d   P g   i s   t h e   po s i t i o n   o f   t h e   b e s t   pa r t i c l e   i n  t h e   w h o l e   s w a r m   o f   t h e   c ur r e n t   i t e r a t i o n.   T h e   l e a rn i ng  f a c t or s   c 1   a nd  c 2  a r e   c o n s t a n t s .   T h e y   a r e   de t e r m i n i n g   t h e   b a l a n c e   be t w e e n   a c c e l e r a t i o n   t o w a r d  l o c a l   b e s t   (i n d i v i du a l ’s   e xpe ri e n c e ,   c o gn i t i o n,   e xpl o ra t i o n )  o r   gl o b a l   b e s t   (s oc i a l   c o l l a bo r a t i o n   o r   i nt e ra c t i o n ,   e xpl o i t a t i o n ) .   φ 1  a nd  φ 2  a r e   a r b i t ra r y   n um b e r s   b e t w e e n   [0,   1].   ω   i s   a n   i n e r t i a   m a s s   w h i c h  i s   l i m i t e d  b e t w e e n   [ - V max ,  V max ]  a n d  d e t e r m i n e s   t h e   i m pa c t   o f   ve l oc i t y   m e m o r y   a n d  i s   s e r v i c i n g  o n   gl o b a l   o r   l o c a l   s e a r c h   [11 ,  20 - 22 ].   I t   i s   a l s o   s ugge s t e d   t o   r e s t r i c t   t h e   v e l o c i t y   t o   a   s pe c i f i e d  r a n ge   [ - V max ,  V m a x ]  [ 10 ,   11 ,  20 - 22 ] .   S e v e r a l   f o r m s   o f   P S O ,   a s   w e l l   a s   s w a rm   t e c hni que s ,   w e r e   i n t r o duc e d,   w i t h  a   c o n t i nuo us   upg ra di n g .   T h e   f o r m s   a r e   di f f e r i n g  i n  t h e   o pe r a t o r s   c h o o s i n g   o f   t h e   e qua t i o n s   [1 1,   20 ].     3. 2 .   We e d  o p ti m i z ati o n   (I W O )    M e hr a b i a n  a n d   L uc a s   (i n   200 6)  i nt r o duc e   t h i s   o pt i m i z a t i o n   t e c hni que   [19 ].   T h i s   t e c hn i que   i s   n u m e r i c a l l y   a do pt i n g  t h e   w e e ds   n a t u r a l l y   c o l o n i z i n g  a n d  r e pl a nt i n g .   IW O   pe r f o r m a n c e   i s   c h a ra c t e ri z e d  b y     i t s   w a y   of   r e ge n e r a t i o n ,   d i s t r i b ut i o n   a n d  m o de s t   e l i m i na t i o n   f r o m   o t h e r   n a t u r e ’s   s i m u l a t i o n   a l go r i t hm s   [ 10 ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       H y br i d   IW O P SO   opt i m i z at i on  bas e d   m ar i n e   e ng i ne   r ot a t i o n al   s p e e d   c ont r o l   . . .   ( A hm e d   Sam aw i   G ht hw an )   843   11 ,  20 ,  23 - 2 5].   IW O   i s   i ni t i a t e d   by   a n   a r b i t ra r y   ge n e ra t e d  i n i t i a l   po pul a t i o n  i n  t h e   w o r ki n g   do m a i n.   S e e ds   s h a l l   b e   ge n e ra t e d  by   t h e   m e m b e r s   o f   i n i t i a t e d  po pul a t i o n   a c c o r di n g  t o   t h e i r   r e l a t i v e   qua l i f i c a t i o n s .   T h i s   i s   m e a ni n g  t h a t   e a c h   a f f i l i a t e   s t a rt i ng  w i t h   S m i n   o f   s e e ds   fo r   t h e   po o r e s t   m e m b e r   a n d  g r o w t h s   l i n e a rl y   t o  S m a x   f o r   t h e   g r e a t e s t   m e m b e r.   T h e   p r o duc e d  s e e ds   a r e   a r b i t ra r i l y   s c a t t e r e d  i n   t h e   de t e r m i n e d  w o r ki n g  a r e a   i n   a   n o rm a l   di s t ri b ut i o n   num b e r s   s uc h   t ha t   t h e   m e a n   i s   z e r o   a nd  w i t h   t h e   a da pt i v e   s t a n d a r d  de v i a t i o n   (S D )  t h e n  t h e   n e w   S D   ( ) f o r   t h e   c u rr e n t   ge n e ra t i o n   i s   c a l c ul a t e d  a s   i n   (3)   [1 1,   20 ].     = ( − ) ( ) ( − ) +   (3)     W h e r e   i t e r m a x   i s   t h e   m a xi m um   n u m b e r   o f   i t e r a t i o n s   a n d  n  i s   t h e   n o nl i n e a r   m o dul a t i o n   i n de x.   T h e   n e w   ge n e ra t e d  s e e ds   t o ge t h e r   w i t h   t h e i r   pa r e nt s   a r e   t a ke n   a s   a   po s s i b l e   s o l ut i o n   f o r   t h e   f o l l ow i n g  ge n e r a t i o n .   A   s e gr e ga t i o n   p r o c e s s e s   i s   t h e n   e xe c ut e d  a c c o r di n g  t o   t h e   s e e ds ’  qua l i f i c a t i o n s ;   t h e   n o n - qu a l i f i e d  s e e ds   a n d  t h e i r   pa r e nt s   s ha l l   b e   e l i m i n a t e d.   T h e   a b o ve - m e n t i o n e d  s t e p s   of   t h e   a l go ri t hm   s h a l l   b e   r e pe a t e d  t i l l   r e a c hi n g  t h e   m a x i m u m   po pul a t i o n   a n d  by   c h e c ki n g  t h e   qua l i f i c a t i o n s   a n d  a p pl y i n g  t h e   e l i m i na t i o n ,   t h e   qua l i f i e d  s e e d s   w i t h  t h e i r  pa r e nt s   w i l l   b e   a   r e ge n e ra t i v e   s e e d  [11,   20 ].     3. 3 .   Th e   h yb r i d   I W O / P S O   a l go r i th m   (H I WO P S O )   It   i s   c l e a r   f r o m   t h e   a b o ve   t w o   s e c t i o n s   (A   &   B )  t ha t   IW O   a n d  P S O   a r e   t w o   di ff e r e n t   o pt i m i z a t i o n s   t e c hn i q ue s .   H e r e ,   a   h y b r i d  IW O / P S O   a l go r i t h m   ( H IW O P SO )  i s   i nt r o duc e d.   It   i s   s t a rt e d  w i t h  t h e   c o l o n i z a t i o n   a s   i n   IW O   b ut   t h e   P S O   e qua t i o n s   a r e   us e d  t o   t h e   s e e ds   r e po s i t i o n i ng.   T hi s   p r o c e s s   i s   e x e c ut e d  f i r s t l y   b y   r e ge n e ra t i ng  t h e   s e e ds   a n d   t h e n   t h e   n e w   ve l oc i t y   i s   c a l c ul a t e d  us i n g  (4)   w h i l e   t h e   n e w   l o c a t i o n   i s   c a l c ul a t e d  by   (5).   T h e   s e e ds   a r e   t h e n   a r b i t r a ri l y   s c a t t e r e d  i n   t h e   S a m   pr o c e dur e   of   IW O   fo r   t h e   fo l l ow i n g  po pul a t i o n.   T h e   ps e udo - c o de   of   t h i s   a l go ri t hm   i s   i n   [11 ,   20 ] .   T h e   r a n do m   d i s t r i b ut i o n   s t e p  s t i l l   a n   i m po rt a nt   s t e p  of    t h e   h y b r i d  a l go r i t h m .   A n  e a rl i e r   w o r k  i s   s h o w i n g  t h e   i m po r t a n c e   of   ha v i ng  t hi s   s t e p  i n  t h e   a l go r i t h m   i n  o r de r  t o   ge t   a n  a de qua t e   r a t e   o f   a c h i e v e m e n t s   [11 ,   2 0 ].     ( + 1 ) = ( ) + 1 ∗ 1 , ∗ ( ( ) − ( ) ) + 2 ∗ 2 , ∗ ( ( ) − ( ) )   (4)     , ( + 1 ) = ( ) + , ( + 1 )   (5)     “ V i ,   s   a nd  X i , s   a r e   t h e   n e xt   p a r t i c l e   v e l o c i t y   a n d  po s i t i o n   f o r   t h e   s th   s e e d  o f  t h e   i th   m e m b e r ”   C 1   a nd  C 2   n a m e d  l e a rn i ng  F a c t o r s ,   a r e   us ua l l e   c o n s t a n t s .         4.   D ES I G N   O F   T H E  A U T O M A TI C   C O N TR O L  S Y S TE M   M O D E L  O P TI M I ZED   P I D   C O N TR O L LER   4. 1 .   C o n v e n ti o n al   P I D   (pr opor t i on a l – i n t e gr a l – d e r i v a t i v e )  c o n tr o l l e   T h e   s pe e d  of   t h e   i n t e rna l   c o m b us t i o n   e n gi n e   i s   n e e ds   t o   be   c o n t r o l l e d.   N e e ds   t o   b e   o pt i m i z e d  t o   ov e r c o m e   t h e   i n f l ue n c e   o f   t h e   l o a d  a n d   e xt e rna l   e n v i r o n m e n t s   c ha n ge s   o n   t h e   e n gi n e   s pe e d.   A   s i m ul a t i o n  m o de l   of   t h e   e n gi n e   s pe e d  a ut o m a t i c   c o n t r o l   s y s t e m   w a s   c o n s t r uc t e d  f o r   t h i s   pu r po s e .   T h e   r e l a t i o n s hi p  b e t w e e n   t h e   s y s t e m ’s   i n pu t   a n d  o ut put   pa ra m e t e r s   w e r e   de duc e d.   A n   o pt i m i z a t i o n   o f  P ID   c o n t r o l l e r   a l go ri t hm   i s   a   t r a n s l a t i o n   o f   t h e   l i n g ui s t i c   c o n t r o l   po l i c y   of   t h e   e xpe r t s ’  k n o w l e dge   i n t o   a n   a u t o m a t i c   c o n t r o l   s t ra t e gy   [3 ]   T h e   go a l   of  t h i s   w o r k  i s   t o   e xa m i n e   t h e   be h a v i o r   o f  t h e   s y s t e m   w h e n   a   h y b r i d  IW O / P S O   o pt i m i z a t i o n   a l go r i t h m   i s   us e d  fo r   P ID   pa ra m e t e r s   t u ni n g .   T h e   o pt i m i z a t i o n   c r i t e ri a   a r e   t o   a c h i e v e   gl ob a l l y   m i ni m a l   s qu a r e d  e rr o r   i n t e g ra l   a n d  m i ni m um   o v e r s h o o t   i n   t h e   s t e p  r e s po n s e   o f   t h e   s y s t e m .   T h e   P ID   t u ni n g   pa r a m e t e r s   a r e   t h e   p r o po r t i o n a l   ga i n   ( K P ),   i n t e g ra l   g a i n  ( K I )  a n d  t h e   d i f fe r e nt i a l   g a i n   ( K D ) .   T h e   (6)  i s   s h o w i n g  t h e   c o n t r o l l e r   t r a n s f e r  f un c t i o n .     ( ) = ( ) ( ) = + +   (6)     W h e r e     K P :   p r o po rt i o na l   g a i n     K I :   i nt e g r a l   g a i n     K D :   d i f f e r e n t i a l   ga i n     E ( s ) :   L a p l a c e   t ra n s f o r m   o f   t h e   i n pu t   t o   t h e   c o n t r o l l e r     U ( s ):   L a pl a c e   t r a n s f o r m   o f   t h e   o ut put   o f   t h e   c o n t r o l l e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   C o m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020  :     84 0   -   8 48   844   Co n v e n t i o n a l   P ID   c o n t r o l l e r ’s   pa r a m e t e r s   a r e   c h o s e n   by   a ppr o xi m a t i o n s   a n d  t ri a l   a n d  e rr o r   m e t h o ds   w h i c h   i s   n o t   gu a r a nt e e   a n   o pt i m a l   r e s ul t .   T h e   pe r f o r m a n c e   s pe c i f i c a t i o n s   o f   t h e   s y s t e m ’s   s t e p  r e s po n s e   s uc h  a s   ri s e   t i m e ,   o ve r s h o o t ,   s e t t l i n g  t i m e   a nd  s t e a dy - s t a t e   e rr o r  c a n   b e   i m p r o v e d  by   t un i ng  t h e   P ID   c o n t r o l l e r   pa r a m e t e r s   (K P ,   K I  a n d  K D ).   E a c h   o n e   o f   t h e s e   pa ra m e t e r s   i s   r e s po n s i b l e   fo r   o n e   o r   m o r e   o f   t h e   s y s t e m ’s   b e h a v i o r   s pe c i f i c a t i o n s   [16 ] .   U s i n g  t h e   m o de rn   c o nt r o l   a l go ri t hm s   IW O ,   P S O   &   H IW O P S O   fo r   o pt i m i z i ng    t h e   c o n t r o l l e r   a n d   h e n c e   t h e   s y s t e m   be h a v i o r  i s   f a s t i n g   a n d   m o r e   r e l i a b l e   t h a n  t h e   c o n v e n t i o n a l   t e c hn i q ue s .     4. 2 .   M ath e m ati c al   m o d e l   o f  m ar i n e   d i e s e l   e n gi n e   s ys te m   T h e   m a r i n e   e n gi n e   s pe e d  (t h e   pl a nt )  i s   c o n t r o l l e d  by   a   f ue l   a m o unt   t ha t   f l o w   i n t o   i t .   T h i s   f ue l   f l ow   i s   c o n t r o l l e d  by   a   go ve r n o r   w h i c h   i s   c o n t r o l l e d  by   a   D C  c ur r e nt   s e r v o m o t o r   (t h e   a c t ua t o r )  w h i c h   i s   o f   a   s e c o n d  o r de r  t ra n s f e r   f u n c t i o n  [15 ] ,   (7) .     ( ) ( ) =  +   +    (7)     H g(S )  i s   t h e   l e v e l   of   t h e   r e qui r e d  o pe n i n g  o f  f ue l   o i l   t hr o t t l e .   H (S )   i s   t h e   a c t ua l   o pe n i ng  of   f ue l   o i l   t hr o t t l e .     ω nd   i s   t h e   n a t u ra l   f r e que n c y   of   t h e   s e r vo   m o t o r   (a c t ua t o r ).   ζ nd   i s   t h e   da m p i n g  c o e ff i c i e n t   of   a c t ua t o r   w h i c h   i s   b e t w e e n   0 . 4  a n d   0. 8.   T h e   di f f e r e n t i a l   e qu a t i o n   o f   m a ri n e   d i e s e l   e n g i n e   w i t h o ut   t u r b o c h a r ge r   i s :      ( )  − ( ) = ( − ) − ( )   (8)     W h e r e ,   y( t )  i s   t h e   r o t a t i o n   s pe e d  o f  m a r i n e   di e s e l   e n g i n e ,   η(t )  i s   t h e   o pe n i n g  l e v e l   of   f ue l   o i l   t hr o t t l e ,   λ (t )    i s   di s t u r b a n c e ,   T a   i s   t h e   t i m e   c o n s t a nt   o f   m a ri n e   di e s e l   e n g i n e   a nd  τ   i s   t h e   t i m e   de l a y   of   f ue l   t hr o t t l e     o pe n i n g  [ 15 ] .   T h e   (9)   i s   t h e   L a pl a c e   t r a n s f o r m   o f   (8).       ( ) −  ( ) − ( ) = 1 + 1   (9)     Y (S )  a n d  H (S )  a r e   t h e   L a pl a c e   t r a n s f o r m   o f   y (t )  a n d  η(t )  r e s pe c t i v e l y ,   λ (S )  i s   t h e   L a pl a c e   t r a n s f o r m   o f   λ (t ).   T h e   T F   o f   t h e   e n g i n e   w i t h   t h e   a c t i v a t i o n   o f   t u r b o c h a r ge r  i s   a s   i n  (10)   [15 ] .       ( ) −  ( ) − ( ) = 2 2 + 2 + 2   (10)     ω n  a nd  n   a r e   r e s pe c t i v e l y   t h e   n o n - d a m pi n g   n a t u r a l   f r e que n c y   a n d  t h e   da m pi ng  f a c t o r   o f   t h e   m a ri n e   di e s e l   e n gi n e .   T h e   (11)  i s   t h e   e nt i r e   s y s t e m   (w i t h   a   t u r b o c h a r ge r)  T F   w i t h o ut   di s t u r b a n c e   [15 ].   T h i s   e qua t i o n   i s   r e p r e s e n t i n g   t h e   P r o c e s s   w h i c h   i s   a   c o m b i na t i o n  o f   t h e   a c t ua t o r   (s e r v o   m o t o r )   a n d   t h e   pl a n t   (d i e s e l   e n g i n e ).     ( ) ( ) =  +   +  ∙ 2 2 + 2 + 2 ∙ −    (11)     4. 3 .   D i e s e l   e n gi n e   s p e e d   r e gu l ati o n   m o d e l   b as e d   o n   th e   o p ti m i z ati o n   o f  P I D   c o n tr o l l e r   T h e   P ID   c o n t r o l l e r   pa ra m e t e r s   (K P ,   K I  and   K D )   s h a l l   b e   de r i v e d  us i n g  t h e   a b ov e   m e n t i o n e d   a l go ri t hm s   ( IW O ,   P SO   a nd  H IW O P SO )  t o   ge t   t h e   o pt i m um   r e s po n s e   of   t h e   i n v e s t i g a t e d  s y s t e m   a n d    t h e   r e s ul t s   s ha l l   b e   t e s t e d  t o   de t e r m i n e   w h i c h   a l go ri t hm   i s   t h e   be s t   us i n g  (12 )  “   i nt e gr al   s quar e   e r r or   f un c t i on   ( ISE ) ”   a s   t h e   t e s t   e qua t i o n   [16 ] .       F   =   m i n   ( ∫   E s 2   dt   +   M P )   (12)     W h e r e   F   i s   t h e   f i t n e s s   f u n c t i o n,   e s   i s   t h e   s pe e d  e rr o r  a n d  M p   i s   t h e   m a x i m um   o v e r s h o o t .     F i gu r e   4   i s   s h ow i n g  t h e   c o m pl e t e   c l o s e d  l oo p  c o n t r o l   (o f   a   n o n - l i n e a r   p r o c e s s )   s y s t e m   i m pe di n g    t h e   o pt i m i z a t i o n   a l go r i t h m   a nd  t h e   IS E .   T h e   c l o s e d  l o o p  P ID   c o n t r o l l e r  c a s c a de d  w i t h   t h e   p r o c e s s   i s   t u n e d  f o r   v a l ue s   of   K P ,   K I   and  K D   of  e a c h   of   t h e   H IW O P S O ,   P S O   a n d  IW O   a l go r i t hm s   a n d  t h e   num e r i c a l   r e s ul t s   a r e   pr e s e nt e d  i n   T a b l e   1.   T h e   pa ra m e t e r s   v a l ue s   o f   e a c h   a l go ri t hm   i n c l udi n g   t h e   i ni t i a l i z a t i o n   v a l ue s   (w h i c h   a r e   c h o s e n   i n   t h e   s a m e   ra n ge   f o r   a l l   a l go ri t hm s )  a r e   s h o w n   i n   T a b l e   2.   O pt i m i z a t i o n   A l go ri t hm s   a n d  i n f e r e n c e   pri n c i pl e s   (f o r   F L C)  a r e   us e d  t o  s y n t h e s i z e   t h e   IS E   a n d  o ut put   r e s po n s e   t o   ob t a i n   t h e   b e s t   v a l ue s   of (   K P ,   K I  and  K D  )   w h i c h   a r e   us e d  t o   a dj us t   t h e   P ID   t o   c o n t r o l   of   t h e   m a ri n e   di e s e l   e n gi n e   s pe e d.   A   M a t l a b / S i m u l i nk  s i m ul a t i o n,   s h o w n   i n  F i gu r e   5 ,   i s   us e d  t o   s i m ul a t e   t h e   w h o l e   s y s t e m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       H y br i d   IW O P SO   opt i m i z at i on  bas e d   m ar i n e   e ng i ne   r ot a t i o n al   s p e e d   c ont r o l   . . .   ( A hm e d   Sam aw i   G ht hw an )   845       F i gu r e   4 .   O p t i m i z a t i o n  P ID   t o   c o n t r o l   t h e   p r o c e s s         T a b l e   1 .   P ID   v a l ue s   o b t a i n e d  by   e a c h   a l go ri t hm   A l g o ri t h m s   Kp   Ki   Kd   H IW O P S O   1 6 . 9 8 1 9   3 . 6 7 9 9   3 . 6 9 6 9   IW O   2 . 7 1 9 3   1 . 2 3 5 1   0 . 2 6 1 1   PSO   8 0 . 0 3 4 4   - 0 . 2 2 5 5   1 1 . 2 8 5 9       T a b l e   2 .   P a ra m e t e r s   v a l ue   o f   e a c h   a l go r i t hm   P a ra m e t e r   D e f i n i t i o n   PSO   IW O   H IW O P S O   T   M a x i m u m   n u m b e r  o f   i t e ra t i o n s   100   100   30   N   p o p   M a x i m u m   p o p u l a t i o n   s i z e   30   100   100   n p o p 0   In i t i a l   p o p u l a t i o n   s i z e   -   10   10   S m i n   M i n i m u m   n u m b e r   o f  s e e d s   -   0   0   S m a x   M a x i m u m   n u m b e r  o f   s e e d s   -   5   5   n   N o n l i n e a r   m o d u l a t i o n   i n d e x   -   2   2   σ i n i t i a l   S t a n d a rd   d e v i a t i o n   i n i t i a l   v a l u e   -   1   1   σ f i n a l   S t a n d a rd   d e v i a t i o n   fi n i a l   v a l u e   -   0 . 0 0 0 1   0 . 0 0 0 1   c1   c o g n i t i v e / l o c a l   w e i g h t   2   -   2   c 2   s o c i a l / g l o b a l   w e i g h t   1 . 8   -   2   ω   In e rt i a   w e i g h t   1   -   1   Ω  d a m p   In e rt i a   w e i g h t   r e d u c t i o n   ra t e   0 . 9   -   0 . 9           F i gu r e   5 .   S i m u l i n k   m o de l   o f   m a r i n e   d i e s e l   e n g i n e   s pe e d  c o n t r o l       5.   R ES U LTS   T h i s   w o r k  i s   t o   ge t   t h e   o pt i m u m   r e s po n s e   of   t h e   m a r i n e   di e s e l   e n gi n e   s pe e d  c o n t r o l   s y s t e m   t hr o ug h   a n   o pt i m a l   s e l e c t i o n   o f   t h e   P ID   c o n t r o l l e r   p a r a m e t e r s   ( K P ,   K I  and  K D ).   T h e   p r o c e s s   i s   a c c o m pl i s h e d  by   t w o  s t e ps .   T h e   f i r s t   i s   t o   r u n   t h e   us e d  a l go ri t hm   t o   f i n d   t h e   gl o b a l   o pt i m u m   v a l ue s   o f   (K P ,   K I  and  K D )   pa ra m e t e r s .   T h e   s e c o n d  s t e p  i s   t o   a ppl y   t h e s e   v a l ue s   t o   t h e   P ID   c o n t r o l l e r   t ha t   c o n t r o l l i n g  t h e   s y s t e m   w h i c h   i s     s i m ul a t e d  i n   F i gu r e   5 .   W h e n  e a c h   o f   t h e   t hr e e   a l go ri t hm s   IW O ,   P S O   a n d  t h e   H IW O P S O   w e r e   e xe c ut e d;   a f t e r   t h e y   r a n do m l y   i ni t i a t e d  w i t h   v a l ue s   i n  t h e   s a m e   ra n ge   a s   s h o w n   i n   T a b l e   1  t h e   o b t a i n e d  o pt i m u m   v a l ue s   f r o m   e a c h   a l go ri t hm   o f   ( K P ,   K I  and  K D )  a r e   s h o w n   i n  T a b l e   1 .   T h e s e   v a l ue s   w e r e   f e d  t o   t h e   s i m u l a t i o n  m o de l   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   5   a n d  a   s t e p - r e s po n s e s   fo r   e a c h   s e t   of   v a l ue s   f r o m   e a c h   a l go ri t hm .   T h e   n u m e ri c a l   v a l ue s   of  t h e   s t e p  r e s po n s e s   s pe c i f i c a t i o n s   (ri s e   t i m e ,   o v e r s h o o t   a n d  s e t t l i n g  t i m e )  a r e   i n   T a b l e   3 .   W h i c h   a l s o   i n c l udi ng  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   C o m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020  :     84 0   -   8 48   846   t h e   v a l ue   o f   IS E   ( i n t e gr al   s q uar e   e r r or )  f o r   e a c h   a l go r i t h m .   T a b l e   3 .   Is   a l s o   i n c l ud i n g   t h e   c o r r e s po n di ng  v a l ue s   t ha t   o b t a i n e d  us i n g  t h e   F uz z y   L o gi c   Co n t r o l   ( F L C )  t e c hn i que   [16 ]  f o r   t h e   s a ke   o f   c o m pa r i s o n.   T h e   g r a p hi c a l   r e s po n s e s   of   t h e   s y s t e m   (t h e   m a ri n e   di e s e l   e ngi n e   s pe e d)  fo r   t h e   t hr e e   a l go r i t hm s   a n d  t h e   F L C  a r e   i n  F i g u r e   6.       T a b l e   3 .   St e p   r e s p o n s e   r e s ul t s   f o r   e a c h  a l go r i t hm   A l g o ri t h m s   Ri s e   T i m e   S e t t l i n g T i m e   O v e r s h o o t   %   P e a k   P e a k T i m e   IS E   H IW O P S O   0 . 5 8 0 0 4   3 . 9 4 1 7   0 . 1 1 9 2   1 . 0 0 1 1   2 . 3 3 1 4   0 . 1 1 3 1   IW O   1 . 4 0 4 6 2   6 . 2 9 3 5   0 . 1 7 3 2   1 . 0 0 1 7   3 . 3 5 5 5   0 . 5 3 9 8   PSO   0 . 3 6 3 3 0   ‒   0   0 . 9 9 5 7   1 . 4 7 9 1   0 . 1 8 9 1   F L C  [5 ]   2 . 3 1 1 9 9   1 3 . 2 6 2 7   1 6 . 7 4 1 5   1 . 1 6 7 4   5 . 4 8 4 7   1 . 0 8 9 2       A na l y z i n g  t h e   r e s ul t s   t ha t   s h o w n   i n   T a b l e   3  (a n d  t h e   u n i t   s t e p  r e s po n s e s   i n   F i gu r e s   6  a n d  7 )  w h i c h   a r e   s h o w i n g  t ha t   t h e   H IW O P S O   i s   pr o v i di ng  t h e   b e s t   r e s po n s e   w i t h   r e s pe c t   t o   t h e   o t h e r   t w o   i n v e s t i ga t e d  a l go ri t hm s   a n d  t h e   f uz z y   l o gi c .   A l t h o ug h ,   t h e   P S O   h a s   e n c o ur a g i n g  v a l ue s   o f   r i s e   t i m e   a n d  IS E ,   i t   i s   n e v e r   r e a c h e d  t o   t h e   f i na l   s pe e d,   t h i s   m e a n s   t ha t   t h e   s e t t l i n g   t i m e   i s   i n f i n i t y   w h e n  us i ng  t h e   P ID   c o n t r o l l e r  pa r a m e t e r s   t h a t   o b t a i n e d  by   t h i s   a l go r i t h m .   It   i s   a l s o   c l e a r   f ro m   t h e   r e s ul t s   T a b l e   3   a n d  F i gu r e s   6  a n d   7  t h a t   H IW O P S O   i s   gi v i n g   a   b e t t e r  r e s ul t   t ha n   t ha t   o f   F L C.             F i gu r e   6 .   S t e p   r e s po n s e   o f   m a r i n e   d i e s e l   e ngi n e   s pe e d  c o n t r o l     F i gu r e   7 .   S pe e d  e rr o r  r e s po n s e   o f   m a r i n e   d i e s e l   e n gi n e   s pe e d  c o n t r o l         6.   C O N C LU S I O N   H IW O P S O   i s   a n   a l go ri t hm   w h i c h   i s   a   n u m e ri c a l   a nd  a   ra n do m n e s s   be h a v i n g.   It   i s   a   m i m i c   of   n a t u ra l   l i v i n gs ’  a c t i v i t i e s   s uc h   a s   t e e m i n g ,   c oo pe r a t i v e   c o m m u ni c a t i o n s ,   s e t t l e m e nt s ,   a nd  c o m pe t i ng  t o   ge t     t h e   o pt i m a l i t y   c r i t e r i o n.   I n   t hi s   w o r k  H I W O P S O   i s   us e d   t o   de t e r m i n e   t h e   o pt i m u m   v a l ue s   of   t h e   P ID   c o n t r o l l e r  pa ra m e t e r s   t o   o pt i m a l l y   c o n t r o l   t h e   s pe e d  o f   a   m a ri n e   di e s e l   e n gi n e .   T h e   i n v e s t i ga t e d  s y s t e m   i s   s i m ul a t e d  us i n g  M a t L a b / S i m uL i n k .   T h e   e ff i c i e n c y   of   H I W O P S O   i s   m e a s ur e d  by   c o m pa ri n g  i t s   r e s ul t s   w i t h  t h a t   o f   w i de l y   us e d  l a t e s t   IW O   a nd  P S O   e vo l ut i o na r y   a l go r i t hm s   a n d  a   F u z z y   L o gi c   Co n t r o l   (F L C).   T h i s   e v a l u a t i o n   t e s t   i s   do n e   i n  t w o   w a y s ,   a   num e r i c a l   w a y   by   us i n g  t h e   I nt e g r a l   S qu a r e   E rr o r  (IS E )   f un c t i o n   a n d  g ra p hi c a l l y   by   a n a l y z i n g  t h e   s t e p  r e s p o n s e   o f   t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e .   T h e   r e s ul t s   a r e   s h o w i n g  t ha t     t h e   H I W O P S O   a l go r i t hm   i s   pr o v i di n g  a n   e xc e l l e nt   o pt i m u m   v a l ue   fo r   t h e   P ID   c o n t r o l l e r   pa ra m e t e r s .   T a b l e   3   s h o w i n g  t ha t   IS E   h a v i n g  t h e   m i ni m u m   v a l ue   w h e n   H IW P P S O   i s   us e d  i n   c o m pa r i s o n   w i t h   t h e   IW O ,   P S O   a n d  F L C.   F i gu r e s   6  a n d  7  a r e   s h o w i n g  t h a t   w h e n   t h e   P ID   pa r a m e t e r s   o b t a i n e d  by   P S O   i s   h a v i n g  a   b e t t e r   s t e p  r e s po n s e   c h a ra c t e ri s t i c s   b ut   i t ’s   n e v e r   b r i n g  t h e   di e s e l   e n gi n e   t o   a   z e r o   e r r o r   s i g n a l ,   i . e .   t h e   e n g i n e   s pe e d   i s   n o t  a b l e   t o   r e a c h   t h e   de s i r e d  (s e t )  s pe e d  w h i l e   i n   t h e   c a s e   w h e n  t h e   P ID   pa r a m e t e r s   de duc e d  by   t h e   H IW O P S O   a r e   us e d,   t h e   r e s ul t s   a r e   b e t t e r   t ha n   t ha t   o f  us i n g  t h e   pa ra m e t e r s   o b t a i n e d  by   I W O   a n d  F L C  a n d  t h e   s t e p  r e s po n s e   i s   r e a c hi n g  t o   t h e   c a s e   w h e r e   t h e   a c t u a l   s pe e d  i s   t h e   s a m e   a s   t h e   s e t t i n g  s pe e d.   T h i s   m e a n s   t ha t     t h e   H IW O P S O   i s   t h e   b e s t   a l go r i t h m   f o r   t h e   g l o b a l   o pt i m i z a t i o n  w i t h  r e s pe c t   t o   IW O ,   P S O   a nd  F L C.   It   h a s   t h e   c a pa b i l i t y   t o   c o m e   up  w i t h   n o n - d i f fe r e nt i a b l e   o bj e c t i ve   fun c t i o n s   w i t h  a   m u l t i t u de   n um b e r   o f   l o c a l   o pt i m a   i n   a   r e a s o n a b l e   t i m e   l i m i t .   T hi s   pa pe r   i s   a ppl y i n g  t h e   m o d e rn   c o n t r o l   t h e o r y   t o  s o l ve   o n e   of  t h e   di f f i c ul t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       H y br i d   IW O P SO   opt i m i z at i on  bas e d   m ar i n e   e ng i ne   r ot a t i o n al   s p e e d   c ont r o l   . . .   ( A hm e d   Sam aw i   G ht hw an )   847   e n gi n e e r i n g  p r o b l e m s .   T h e   o pt i m a l   e s t i m a t i o n   o f   t h e   P ID   c ont r o l l e r   p a ra m e t e r s   b e c o m i n g  e a s i e r   a n d  a c c ura t e   t o   b e   e s t i m a t e d  w i t h  a   r e a s o n a b l e   t i m e   pe r i o d.   T hi s   s h a l l   m i ni m i z e   t h e   ha z a r ds   a n d  o pe ra t i n g  e rr o r s   w h i c h   a r e   m o s t l y   a c c o m pa ni e d  t h e   e s t i m a t i o n  o f   t h e   P ID   c o n t r o l l e r   w he n   us i n g   t h e   c o n v e n t i o na l   c o n t r o l   t h e o r y .       R EF ER EN C ES   [ 1]   H .   W . ,   I .   K .   M .   S t e i nb uc h,   L .   de l   R e ,   O pt i m i z at i on  an d  opt i m a l   c on t r o l   i n  au t om o t i v e   s y s t e m s ,   S pr i ng e r   I nt e r n a t i o na l   P ubl i s h i ng   S w i t z e r l a nd ,   2014 .   [ 2]   N   I   X i r o s   D r - E ng ,   D i pl - E ng ,   " P I D   m a r i ne   e ng i ne   s pe e d  r e g ul a t i o n  unde r   f ul l   l o a d  c o ndi t i o ns   f o r   s e ns i t i v i t y   H ∞ -   no r m   s pe c i f i c a t i o ns   a g a i ns t   p r o pe l l e r   di s t ur b a nc e ,"   J our na l   of   M ar i ne   E n gi ne e r i n g  &   T e c hnol og y ,   v o l .   2 004 ( 5 ) ,     pp.   3 - 11 ,   2004 .   [ 3]   T a de u s z   B o r ko w s ki ,   L e c h  K a s y k,   P r z e m y s l a w   K o w a l a k,   " A s s e s s m e nt   o f   s hi p’ s   e f f e c t i v e   po w e r   f ue l   c o ns um pt i o n  a nd  e m i s s i o n  us i ng   t he   v e s s e l   s pe e d ,"   J ou r na l   of   K O N E S   P ow e r t r ai n  an d  T r an s po r t ,  v o l   1 8,   n o .   2 ,   2 011 .   [ 4]   M .   G uz e l ka y a ,   I .   E ks i n ,   E .   Y e s i l ,   " S e l f - t un i ng   o f   P I D   t y pe   f uz z y   l o g i c   c o nt r o l l e r   c o e f f i c i e nt s   v i a   r e l a t i v e   r a t e   o bs e r v e r , "   E ng i ne e r i n g  A p pl i c at i on s   o f   A r t i f i c i al   I nt e l l i ge nc e ,   v o l .   1 6,   pp .   227 - 236 ,  200 3.   [ 5]   T i e n  A nh  T r a n ,   X i np i ng   Y a n,   a n d  Y upe ng   Y ua n ,   " M a r i n e   e ng i ne   r o t a t i o na l   s pe e d  c o nt r o l   a ut o m a t i c   s y s t e m   ba s e d  o n   f uz z y   P I D   l og i c   c o nt r o l l e r , "  I nt e r n at i on al   C on f e r e nc e   on  T r ans p or t a t i on  I n f o r m at i o n  and  Saf e t y   ( I C T I S) ,   B a nf f ,   C a na d a ,  20 17 .   [ 6]   J . G . Z i e g l e r   a nd  N . B   N i c ho l s ,   " P r o c e s s   l a g s   i n   a u t o m a t i c   c o nt r o l   c i r c ui t , "   A S M E   t r ans ac t i on ,   p p.   43 3 - 444 ,  1 943 .   [ 7]   J . G . Z i e g l e r   a nd  N . B   N i c ho l s ,   " O p i m um   s e t t i ng   f o r   a u t o m a t i c   c o nt r o l l e r , "   A S M E   t r an s ac t i on ,   pp.   7 59 - 768 ,   1942 .   [ 8]   A . M . L o pe s ,   J . A . M i l l e r ,   C . L .   S m i t h ,   a nd  P . W . M ul l e r ,   " T un i ng   c o nt r o l l e r   w i t h  e r r o r - i n t e g r a l   c r i t e r i a , "  I ns t um e nt   T e c hnol o gy ,   v o l .   3 ,   p p.   57 - 62 ,   197 6.   [ 9]   A . M . Z hu ng ,   A .   D . P ,   " A ut o m a t i c   t uni ng   o f   o pt i m um   pi d  c o nt r o l l e r , "   I E E E   C o nt r ol   Sy s t e m s   M aga z i ne ,   v o l .   3 ,     pp.   21 6 - 224,   1 993 .   [ 10]   D o r i g o   a nd  B l um ,   " A nt   c o l o n y   o pt i m i z a t i o n   t h e o r y :   A   s ur v e y , "   T C S:   T he or e t i c al   C om p ut e r   Sc i e nc e ,   v o l .   345 ,   200 5.   [ 11]   M .   D o r i g o ,   G .   D .   C a r o ,   a nd  L .   M .   G a m ba r d e l l a ,   " A nt   a l g o r i t hm s   f o r   di s c r e t e   o pt i m i z a t i o n , "   A r t i f i c i al   L i f e ,   v o l .   5 ,   no .   2 ,   pp.   1 37 - 172 ,   1999 .   [ 12]   M .   F a r o o q,   " F r o m   t h e   w i s do m   o f   t he   hi v e   t o   i n t e l l i g e nt   r o ut i ng   i n  t e l e c o m m uni c a t i o n  ne t w o r ks , "   Fe b .   0 1  200 6.   [ O nl i ne ] .   [ 13]   J .   K e nne dy   a nd  R .   C .   E b e r h a r t ,   " P a r t i c l e   s w a r m   o pt i m i z a t i o n ,"   i n  P r oc .   o f   t he   I E E E   I n t .   C on f .   on  N e ur a l   N e t w or k s .   P i s c at aw ay ,   N J :   I E E E   Se r v i c e   C e nt e r ,   pp .   194 2 - 1948 ,   1995 .   [ 14]   R .   C .   E be r ha r t ,   " C o m put a t i o na l   i n t e l l i g e nc e :   a   pe r s p e c t i v e , "  i n  E v ol ut i ona r y   P r ogr am m i ng ,   pp .   2 39 - 245 ,   1996 .   [ 15]   H o s s e i n   H a j i m i r s a de g hi ,   C a r o   L uc a s ,   " A   h y br i d  I W O / P S O   a l g or i t hm   f o r   f a s t   a nd   g l o ba l   o pt i m i z a t i o n ,"   I E E E   E U R O C O N ,   R u s s i a ,   M a y   2009 .     [ 16]   Z .   H o s s e i n i   ,   A .   J a f a r i a n ,   " A   h y br i d  a l g o r i t hm   ba s e d  o n  i nv a s i v e   w e e d  o pt i m i z a t i o n  a nd  pa r t i c l e   s w a r m   o pt i m i z a t i o n  f o r   g l o ba l   o pt i m i z a t i o n , "  ( I J A C SA )   I n t e r na t i o nal   J o ur n al   of   A d v an c e d  C om pu t e r   Sc i e nc e   and   A pp l i c a t i ons ,  v o l .   7,   n o .   10 ,   201 6.   [ 17]   Y .   S h i   a nd  R .   C .   E b e r h a r t ,   " A   m o di f i e d  pa r t i c l e   s w a r m   o pt i m i z e r , "   i n  P r oc .   I E E E   I nt .   C onf e r e nc e   on   E v o l u t i onar y   C om put at i on ,   P i s c a t a w a y ,   N J ,   pp .   69 - 73 ,   1 998 .   [ 18]   R . C .   E b e r ha r t ,   P .   S i m ps o n ,   a nd  R .   D o bbi n s ,   C om put at i on al   i nt e l l i ge nc e   P C   t ool s ,   A c a de m i c   P r e s s   P r o f e s s i o na l ,     S a n  D i e g o ,   C A ,   p p.   21 2 - 226 ,   1 996 .   [ 19]   R .   M e hr a bi a n  a nd  C .   L uc a s ,   " A   nov e l   num e r i c a l   o pt i m i z a t i o n   a l g o r i t hm   i n s p i r e d  f r o m   w e e d  c o l o ni z a t i o n, "   E c ol ogi c a l   I n f or m a t i c s ,   v o l .   1 ,   pp .   3 55 - 366 ,   2006 .   [ 20]   T um a r i ,   M . Z . M . ,   A bi di n ,   A . F . Z . ,   H u s s i n,   M . S . F . ,   K a di r ,   A . M . A . ,   A r a s ,   M . S . M .   a nd  A hm a d,   M . A . ,   " P S O   f i ne - t une d  m o de l - f r e e   P I D   c o nt r o l l e r   w i t h  de r i v a t i v e   f i l t e r   f o r   de pt h  c o nt r o l   o f   h ov e r i ng   a ut o no m o us   unde r w a t e r   v e hi c l e ,"     I n  P r oc e e di ng s   o f   t he   10t h   N at i o nal   T e c hn i c a l   Se m i n ar   o n  U nde r w at e r   Sy s t e m   T e c hnol ogy   2018 ,   S pr i ng e r ,  S i ng a po r e ,  p p.   3 - 13 ,   201 8   [ 21]   K ha ndu j a ,   N .   a nd  B hus ha n ,   B . ,   " C S T R   c o nt r o l   u s i ng   I M C - P I D ,   P S O - P I D ,   a nd  h y br i d  B B O - FF - P I D   c o nt r o l l e r ,"     i n  A pp l i c at i o ns   of   A r t i f i c i a l   I n t e l l i ge nc e   T e c hn i que s   i n  E ngi ne e r i ng   2019 ,   Spr i nge r ,   Si n gapo r e ,   pp .   5 19 - 5 26 ,   2019 .   [ 22]   A hm e d  J .   A l i ,   Z i y a d  K .   F a r e j ,   N a s hw a n  S .   S u l t a n . ,   " P e r f o r m a nc e   e v a l ua t i o n  o f   a   h y br i d  f uz z y   l og i c   c o nt r o l l e r   ba s e d  o n  g e ne t i c   a l g o r i t hm   f o r   t h r e e   ph a s e   i n duc t i o n  m o t o r   dr i v e "   I n t e r n at i ona l   J ou r na l   o f   P ow e r   E l e c t r on i c s   and  D r i v e   Sy s t e m   ( I J P E D S) ,   v o l .   10 ,   no .   1 ,   pp .   1 17 - 127 ,   2019 .   [ 23]   H a de e l   N .   A bdul l a h . ,   " A   h y br i d  ba c t e r i a l   f o r a g i ng   a nd  m o d i f i e d  p a r t i c l e   s w a r m   o pt i m i z a t i o n  f o r   m o de l     o r de r   r e d uc t i o n , "   I n t e r n a t i ona l   J our nal   o f   E l e c t r i c al   and   C o m put e r   E ngi ne e r i ng   ( I J E C E ) ,  v o l .   9,   no .   2 ,    pp .   11 00 - 1109 ,   201 9 .   [ 24]   P .   L o ke nde r   R e ddy ,   G .   Y e s ur a t n a m . ,   " A   m o di f i e d  ba c t e r i a l   f o r a g i ng   a l g o r i t hm   b a s e d  o pt i m a l   r e a c t i v e   po w e r   di s p a t c h , "   I n done s i an  J ou r na l   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i n g  an d  C om put e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S) ,  v o l .   13 ,   no .   1,     pp.   36 1367 ,   201 9 .   [ 25]   A r a s ,   M . S . M . ,   A b d u l l a h ,   S . S . ,   O t h m a n ,   S . Y . ,   S u l a i m a n ,   M . ,   B a s a r ,   M . F . ,   Z a m b r i ,   M . K . M . ,   K a m a r u d i n ,   M . N . "   F u z z y   l o g i c   c o n t r o l l e r   f o r   d e p t h   c o n t r o l   o f   u n d e r w a t e r   r e m o t e l y   o p e r a t e d   v e h i c l e " .  J .   T h e o r .   A p p l .   I n f .   T e c h .  91 ( 2 ) ,   2 7 5 – 2 8 8   ( 2 0 1 6 )             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   C o m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020  :     84 0   -   8 48   848   B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S       M r .   A h m e d   S am aw i   G h t h w an   e a r ne d  h i s   M . s c   i n  t he   f i e l d   of   E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng   f r o m   E a s t e r n  M e d i t e r r a n e a n  U ni v e r s i t y ,   T ur ke y   /   N o r t h   C y pr us   2013 .   H e   ha s   m o r e   t ha n   f i v e   y e a r s   o f   e xpe r i e nc e   i n  t e a c hi ng .   H e   c o m pl e t e d  hi s   B S c   i n  E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   uni v e r s i t y   o f   t e c hno l o gy ,   B a g hda d,   I r a q,   20 01.   H i s   r e s e a r c h  i n t e r e s t s   i nc l u de s   po w e r   e l e c t r o ni c s ,   c o nt r o l   po w e r   s y s t e m ,   e l e c t r o ni c   s y s t e m   de s i g n  a nd   p r e d i c t i v e   c ur r e nt   c o nt r o l   m o de l i ng         M r .   A b d u l r as u l   A .   A l - h ay d e r   e a r ne d   hi s   m a s t e r   de g r e e   i n   c o nt r o l   a nd   i n s t r um e nt a t i o n  i n   19 85   a nd  b a c he l o r   d e g r e e   i n  1981   f r o m   t he   U n i v e r s i t y   O f   T e c hno l ogy ,   B a g hda d/   I r a q .   H e   ha s   a   t e a c h i ng   e xpe r i e nc e   f o r   m o r e   t ha n  t w e e n t y   y e a r s .   H e   i s   i nt e r e s t i ng   i n  t he   a u t o m a t i c   c o nt r o l   s y s t e m s   e ng i ne e r i ng ,   s y s t e m s   e ng i ne e r i ng ,   a nd   c o m m uni c a t i o ns   a s   d i g i t a l   t e c hni que s   f i e l ds .         A l i   S h ab an   H as s o o n i ,   h e   bo r n  i n  B a b i l ,   I r a q  1 981 .   H e   a c hi e v e d   B . S . c .   s i nc e   20 03  i n  E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   U n i v e r s t y   of   B a b y l o n,   I r a q   a n d  H e   a c hi e v e d  M . S . c .   i n   E l e c t r o n i c s   a nd  C o m m uni c a t i o n  f i e l d   s i nc e   20 10  i n   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s t y   o f   B a b y l o n,   T he   m a i n   i n t e r e s t e d  f i e l d  i s   de s i g ni ng   o f   e l e c t r o ni c s   s y s t e m   a nd  r o bo t i c s   f i l e l d .   H e   i s   a   L e c t ur e r   i n  E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   D e pa r t m e n t ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng   ,   B a by l o n  U ni v e r s i t y ,   I r a q.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.