I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   5 ,   No . 4 Dec em b er   2 0 1 6 ,   p p .   1 6 3 ~ 1 6 7   I SS N:  2252 - 8814           163       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J AAS   Co m pa riso n of  Ma m da ni - Ty pe and  Sugeno - Ty pe F u zz y   Inferenc e Sys te ms  f o r Tra nsfo r m e r Ta p Chang ing  S y ste m       Cha rles R .   Sa ri m ut hu ,   Vig n a   K .   Ra m a cha n da ra m urt hy H .   M o k hli s ,   K .   R.   Ag iles w a ri   De p a rtme n o f   El e c tri c a P o w e En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e n a g a   Na sio n a l ,   M a lay si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep t 2 8 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   No v   1 3 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   No v   2 2 ,   2 0 1 6       V o l tag e   c o n tro is  c o n si d e re d   o n e   o f   th e   b a sic   o p e ra ti o n a re q u ir e m e n ts  o e lec tri c a p o w e s y ste m s.  T h e   m o st  p o p u lar  v o lt a g e   c o n tro l   e q u ip m e n in c lu d e s On - L o a d   T a p   Ch a n g e ( OLT C)  tran sf o r m e c o n tro ll e d   b y   A u to m a ti c   V o l tag e   Co n tr o (A V C)  re lay .   Re c e n stu d ies   h a v e   sh o w n   th a t   f u z z y   in fe re n c e   s y ste m (F IS a re   a p p li c a b le   f o tran sf o rm e tap   c h a n g in g   sy ste m .   In   th is   p a p e r,   F IS   a re   d e v e lo p e d   f o tran s f o r m e tap   c h a n g in g   s y ste m   u sin g   M a m d a n i - ty p e   a n d   S u g e n o - ty p e   f u z z y   m o d e ls.  T h e   re su lt o f   th e   t w o   f u z z y   in f e re n ce  s y ste m s (F IS a re   c o m p a re d .   T h e   b a sic   d iff e re n c e   b e t w e e n   th e   M a m d a n i - t y p e   F IS   a n d   S u g e n o - ty p e   F IS   is   in c l u d e d   i n   th is   p a p e r.   It   a lso   sh o w w h ich   o n e   is  a   m o re   su it a b le ch o ice   o f   th e   tw o   F IS   f o tran sf o rm e tap   c h a n g in g   s y ste m .   K ey w o r d :   Fu zz y   in f er en ce   s y s te m   ( FIS)   Fu zz y   lo g ic   Ma m d an i   T r an s f o r m er   tap   ch an g er   Co p y rig h ©   201 6   In s t it u te o 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 rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   C h ar le s   R .   Sar i m u th u ,   P o w er   Q u alit y   R e s ea r ch   Gr o u p ,   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  P o w er   E n g i n ee r in g ,   Un i v er s iti T en ag Na s io n al ,   J alan   I k r a m - U n ite n ,   4 3 0 0 0   Kaj an g ,   Selan g o r ,   Ma la y s ia.   E m ail:  c h ar lzr a y @ y a h o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N     Fu zz y   lo g ic  i s   co n s id er ed   w i d ely   u s ed   tech n o lo g y   s i n ce   t h e   late  1 9 8 0 s .   Fu zz y   lo g ic  s y s te m   is   ap p lied   s u cc e s s f u ll y   i n   m a n y   ap p lica tio n s   s u ch   a s   co n s u m er   p r o d u cts,  i n d u s tr ia p r o ce s s   co n tr o an d   au to m o tiv e   in d u s tr ies  [ 1 ] .   Fu zz y   lo g ic  is   c lo s el y   li n k ed   to   h u m an   t h i n k in g   an d   n at u r al  la n g u a g th a n   c o n v e n tio n al  lo g ical   s y s te m s   [ 2 ] .   I n   class ical  co n tr o l th eo r y ,   f u zz y   co n tr o l is u s e d   to   b u ild   m o d el  o f   h u m an   e x p er w h o   is   ca p ab le   o f   co n tr o lli n g   t h p lan t w it h o u th i n k i n g   in   ter m s   o f   m at h e m atica l m o d el  [ 3 ] .   F u zz y   s y s te m s   ar v er y   u s e f u i n   s itu a tio n s   i n v o lv i n g   h i g h l y   co m p lex   s y s te m s   w h o s b eh a v io r s   ar n o w ell  u n d er s to o d   an d   in   s it u atio n s   w h er an   ap p r o x i m ate,   b u f ast,  s o l u t io n   is   w ar r an ted   [ 4 ] .   L . A .   Z ad e h   in tr o d u ce d   f u zz y   l o g ic  in   1 9 6 5 .   Fu zz y   lo g ic  ap p licatio n   in   t h s u b w a y   s y s te m   in   Se n d ai   cit y   o f   J ap an   h a s   s h o w n   s u p er io r   r esu lts   co m p ar ed   to   tr ad itio n al  co n tr o l.  T h s u p er io r   r esu lt  w a s   ac h iev ed   i n   s u b w a y   s y s te m   o f   Sen d ai  d u t o   en g i n ee r s   s p e n d in g   s e v er al  m o n t h s   to   o b tain   co r r ec f u zz y   in p u s ets.  S i m ilar l y ,   s tu d ie s   h av s h o w n   t h at  f u zz y   s y s te m s   ar ap p licab le  in   t r an s f o r m er   tap   ch an g i n g   s y s t e m s .   I n   2 0 1 5 ,   S.K.   Sal m a n   et  a l.  p r esen ted   d esi g n   o f   f u zz y   lo g ic -   b ased   A V C   r ela y   f o r   v o ltag e   co n tr o o f   d is tr ib u tio n   n e t w o r k   [ 5 ] .   Fu zz y   lo g ic  s y s te m s   ar u s ed   in   th d esig n   d u to   its   s i m p le  an d   f ast  o p er atio n .   Fu zz y   lo g ic  s y s te m   r ed u ce s   th d esi g n   d ev elo p m e n c y cle,   s i m p li f y   d esi g n   co m p l ex it y ,   i m p r o v co n tr o p er f o r m a n ce ,   s i m p li f y   i m p le m en ta tio n   a n d   r ed u ce   th h ar d w ar co s ts .   I n   ad d itio n ,   f u zz y   r u les  ar m o r ex p r es s i v th a n   cr is p   v alu e s   [ 6 ] .   T h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s Sect io n   2   g i v es  t h d if f er en ce   b et w ee n   Ma m d an i - t y p an d   Su g e n o - t y p e   FIS.   Sectio n   2 . 1 ,   s h o w s   t h d ev elo p m e n o f   Ma m d a n i - t y p F I S.  Sectio n   2 . 2 ,   s h o w s   th d e v e lo p m e n o f   S u g e n o - t y p FIS.   Sectio n   3 ,   g i v e s   r esu lts   an d   d is c u s s io n s   a n d   s ec tio n   4   co n clu s io n s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.  5 ,   No .   4 ,     Dec em b er   20 1 6   :   163     1 6 7   164   2.   RE S E ARCH   M E T H O D   M a m d an i   m e th o d   is   w ell  k n o w n   f o r   ca p tu r in g   e x p er k n o w led g a n d   it  allo w s   u s   to   d escr ib th e   ex p er tis in   m o r i n tu iti v e,   m o r h u m a n - li k m a n n er .   Ho wev er ,   Ma m d an i - t y p FIS  is   n o co n s id er ed   to   b e   co m p u tatio n all y   e f f icie n t.  On   th o th er   h an d ,   S u g e n o   m et h o d   is   co m p u tat io n all y   e f f icie n t a n d   w o r k s   w el l w ith   o p tim izatio n   a n d   ad ap tiv tec h n iq u es,  w h ic h   m a k es  it  v er y   attr ac tiv in   d y n a m ic  n o n - li n ea r   s y s te m s .   T h ese   ad ap tiv tech n iq u es  ca n   b u s ed   to   cu s to m ize  t h m e m b er s h ip   f u n ct io n s   s o   t h at  f u zz y   s y s t e m   b est   m o d els   t h e   d ata.   T h m aj o r   d if f er en ce   b et w ee n   Ma m d a n i - t y p FIS  an d   Su g en o - t y p FIS  i s   th w a y   th cr is p   o u tp u i s   g en er ated   f r o m   t h f u zz y   i n p u ts .   W h ile  Ma m d a n i - t y p FIS   u s e s   th tec h n iq u o f   d ef u zz if icatio n   o f   f u zz y   o u tp u t,  S u g en o - t y p FIS  u s e s   w ei g h ted   a v er ag to   co m p u te  t h cr is p   o u tp u t.  T h ex p r ess iv p o w er   an d   in ter p r etab ilit y   o f   Ma m d a n o u tp u i s   n o f o u n d   i n   th Su g e n o   FIS  s i n ce   t h co n s eq u en ts   o f   th r u les  ar n o f u zz y   [ 7 ] .   B u Su g e n o   m eth o d   h as  b etter   p r o ce s s in g   ti m s in ce   th w ei g h ted   av er ag r ep lace   th tim e   co n s u m i n g   d ef u zz i f icatio n   p r o ce s s .   Ma m d a n i - t y p FIS  i s   w id el y   u s ed   i n   p ar tic u lar   f o r   d ec is io n   s u p p o r ap p licatio n   d u to   th i n ter p r etab le  an d   in t u iti v n at u r o f   th r u le   b ase.   A p ar f r o m   t h at ,   Ma m d an FIS  h a s   o u tp u m e m b er s h ip   f u n c tio n s   w h er ea s   Su g e n o   FIS  h as  n o   o u tp u m e m b er s h ip   f u n ctio n s .   Ma m d an FIS  i s   k n o w n   to   b less   f lex ib le  in   s y s te m   d esi g n   in   co m p ar is o n   to   Su g en o   FIS  as  latter   ca n   b in t eg r ated   w it h   A NFI S   to o l to   o p ti m ize  th o u tp u t s .     2 . 1 .   Dev elo p m e nt  o f   M a m da ni - T y pe  F I S   T r an s f o r m er   tap   ch an g i n g   s y s te m   is   f ir s m o d elled   u s in g   Ma m d an f u zz y   m o d el.   I co n s is ts   o f   t w o   in p u t s   f r o m   v o lta g er r o r   as  s h o w n   in   Fi g u r an d   A V C   r elay   f ee d b ac k   v o ltag e   as sh o w n   i n   Fi g u r e   2   s h o w i n g   th c u r r en tap   p o s itio n   at  t h e   o n - lo ad   tap   ch a n g er   tr an s f o r m er .   T h s y s te m   h as  o n e   o u t p u th a co n tr o ls   th e   v o ltag b y   d eter m i n i n g   t h tap   p o s itio n .   T h v o ltag er r o r   is   t ak en   i n   r an g e s   o f   - 4 5 0 to   +4 5 0 V.   T h f ee d b ac k   v o ltag f r o m   t h A VC   r ela y   i s   tak en   i n   r an g es  o f   0 . 9 5 0 0 2   p er   u n it  to   1 . 0 4 9 9 8 p e r   u n it.  T h o u tp u i.e .   tap   p o s itio n   is   ta k e n   in   0 . 9 3 3 3 6 p er   u n it to   1 . 0 6 6 6 4 p e r   u n it  an d   h a v n i n tr ia n g u lar   m e m b er s h ip   f u n c tio n s   a s   s h o w n   in   F ig u r 3 .   T h r u les in clu d ed   in   f o r   th tr a n s f o r m er   tap   ch an g in g   s y s te m   ar d escr i b ed   in   T a b le  1 .           Fig u r 1 .   Vo ltag E r r o r   Me m b er s h ip   F u n ctio n           Fig u r 2 .   A V C   R ela y   Vo lta g Feed b ac k   f r o m   O u tp u t M e m b er s h ip   F u n ctio n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       C o mp a r is o n   o f Ma md a n i - Typ a n d   S u g e n o - Typ F u z z I n fe r en ce   …  ( C h a r le s   R .   S a r imu th u )   165       Fig u r 3 .   A V C   R ela y   Vo lta g Me m b er s h ip   Fu n ctio n s       T ab le  1 .   R u le  B ase  o f   Ma m d a n i - T y p FIS   R u l e s   V o l t a g e   e r r o r   A V C   r e l a y   v o l t a g e   f e e d b a c k   f r o m o u t p u t   A V C   r e l a y   v o l t a g e   1.   L o w   L o w   M e d i u m   2.   L o w   M e d i u m L o w   M e d i u m H i g h   3.   L o w   M e d i u m   H i g h   4.   L o w   M e d i u m H i g h   V e r y   H i g h   5.   L o w   H i g h   V e r y   V e r y   H i g h   6.   M e d i u m L o w   L o w   M e d i u m L o w   7.   M e d i u m L o w   M e d i u m L o w   M e d i u m   8.   M e d i u m L o w   M e d i u m   M e d i u m H i g h   9.   M e d i u m L o w   M e d i u m H i g h   H i g h   1 0 .   M e d i u m L o w   H i g h   V e r y   H i g h   1 1 .   M e d i u m   L o w   L o w   1 2 .   M e d i u m   M e d i u m L o w   M e d i u m L o w   1 3 .   M e d i u m   M e d i u m   M e d i u m   1 4 .   M e d i u m   M e d i u m H i g h   M e d i u m H i g h   1 5 .   M e d i u m   H i g h   H i g h   1 6 .   M e d i u m H i g h   L o w   V e r y   L o w   1 7 .   M e d i u m H i g h   M e d i u m L o w   L o w   1 8 .   M e d i u m H i g h   M e d i u m   M e d i u m L o w   1 9 .   M e d i u m H i g h   M e d i u m H i g h   M e d i u m   2 0 .   M e d i u m H i g h   H i g h   M e d i u m H i g h   2 1 .   H i g h   L o w   V e r y   V e r y   L o w   2 2 .   H i g h   M e d i u m L o w   V e r y   L o w   2 3 .   H i g h   M e d i u m   L o w   2 4 .   H i g h   M e d i u m H i g h   M e d i u m L o w   2 5 .   H i g h   H i g h   M e d i u m       2 . 2 .   Dev elo p m e nt  o f   Su g eno - T y pe   F I S   Fo r   d ev elo p m e n o f   t h tr an s f o r m er   tap   ch a n g in g   s y s te m   u s in g   Su g e n o - t y p m o d el,   th i n itial  s tep s   ar th s a m as  Ma m d a n i - t y p m o d el.   I also   tak e s   i n p u f r o m   v o lta g er r o r   an d   A VC   r el a y   f ee d b ac k   v o lta g e   an d   p r o d u ce s   s u itab le  tap   p o s itio n   f o r   co n tr o llin g   t h v o ltag at  th p o in o f   co n tr o in   th d is tr ib u tio n   n et w o r k .   I n p u t s   v o lta g er r o r   an d   f ee d b ac k   v o ltag f r o m   A V C   r ela y   h a v 5   m e m b er s h ip   f u n c tio n   o v er   th e   r an g e s   o f   - 4 5 0 to   +4 5 0 a n d   0 . 9 5 0 0 2   p er   u n it  to   1 . 0 4 9 9 8 p er   u n it  r esp ec ti v el y   as  alr ea d y   s h o w n   i n     Fig u r 1   an d   Fig u r 2 .   T h o u tp u tap   p o s itio n   ca n   o n l y   b ei th er   co n s tan o r   lin ea r   in   th i s   FIS,   s o   t w o   m e m b er s h ip   f u n ctio n s   f o r   t h o u tp u ar “n o   ch a n g e”   an d   c h an g e”   w h ic h   ar co n s tan t   an d   ar s h o w n   i n   T ab le   2 .   T h o u tp u in   Su g en o - t y p FIS  ca n   o n l y   b in   r an g o f   0 - 1 .   T h r u le  b ase  f o r   Su g e n o - t y p FIS  is   s a m a f o r   Ma m d an i - t y p FIS  as s h o w n   i n   T ab le  1 .       T ab le  2 .   T a p   Po s itio n   Me m b er s h ip   F u n c tio n s   T a p   p o s i t i o n   C o n st a n t   v a l u e   N o   c h a n g e   0   C h a n g e   1       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   T h p lo ts   o b tain ed   af ter   s i m u latin g   Ma m d a n i - t y p o f   FIS  f o r   tr an s f o r m er   tap   ch an g i n g   s y s te m   ar e   s h o w n   in   F ig u r e   4   an d   Fig u r 5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S    Vo l.  5 ,   No .   4 ,     Dec em b er   20 1 6   :   163     1 6 7   166       Fig u r 4 .   Su r f ac Vie w   o f   Ma m d a n i - T y p FIS           Fig u r 5 .   A V C   R ela y   Vo lta g w it h   Vo lta g E r r o r   Usi n g   Ma m d a n i - T y p FIS       T h f o llo w i n g   ar th p lo ts   o b tain ed   af ter   s i m u lati n g   th e   Su g en o - t y p FIS  f o r   tr an s f o r m er   tap   ch an g i n g   s y s te m   as s h o w n   in   Fig u r 6   an d   Fig u r 7 .           Fig u r 6 .   Su r f ac Vie w   of   S u g en o - T y p FIS   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       C o mp a r is o n   o f Ma md a n i - Typ a n d   S u g e n o - Typ F u z z I n fe r en ce   …  ( C h a r le s   R .   S a r imu th u )   167       Fig u r 7 .   A V C   R ela y   Vo lta g w it h   Vo lta g E r r o r   Usi n g   Su g en o - T y p FIS       T h r esu lts   o b tain ed   s h o w   t h at   f o r   th e   g i v e n   ap p licatio n   o f   tr an s f o r m er   tap   c h a n g i n g   s y s te m   Ma m d an i - t y p FIS  is   m o r s u itab le  th a n   th Su g e n o - t y p FIS.   I is   n o ticed   th at  in   ca s es  w h er th e   in p u v o lta g er r o r   g o es  b e y o n d   th r a n g al lo ca ted ,   Su g e n o - t y p F I tr an s f o r m e r   tap   ch an g i n g   s y s te m   d o es  n o w o r k   s ati s f ac to r il y   co m p ar ed   to   Ma m d an i - t y p F I S.  Fig u r 7   s h o w s   th at  Ma m d an i - t y p FIS  d o es  n o in itiate  tap   ch an g f o r   ex tr e m co n d itio n s   w h er t h in p u v o ltag er r o r   is   at  lev el s   b elo w   o r   ab o v th d escr ib ed   r an g e s .         4.   CO NCLU SI O N   I ca n   b co n clu d ed   f r o m   t h i s   p ap er   th at  f o r   tr an s f o r m er   t ap   ch an g in g   s y s te m   Ma m d an i - t y p FIS   p er f o r m s   b etter   th an   S u g e n o - t y p FIS  s i n ce   it  allo w s   th ta p   to   o p er ate   at  ex tr em co n d it io n s .   Alth o u g h   th e   d esig n in g   o f   b o th   t h FIS  i s   s a m b u t h o u tp u m e m b er s h ip   f u n ct io n s   o f   Su g e n o - t y p e   ca n   o n l y   b eith er   co n s ta n o r   lin ea r   a n d   also   t h cr is p   o u tp u i s   g e n er ated   in   d if f er en w a y s   f o r   b o th   t h FIS.   Du to   t h is   Su g e n o - t y p FIS  h a s   d is ad v an ta g c o m p ar ed   to   Ma m d an i - t y p FIS  in   tap   ch a n g i n g   o p er atio n   w h er th latter   is   ab le   to   u s d ef u zz i f icatio n   p r o ce s s   to   p r o v id in ter p r etatio n   f o r   th m o s t s u itab le  tap   p o s itio n   f o r   v o ltag co n tr o l.       ACK NO WL E D G E M E NT   T h is   w o r k   i s   s u p p o r ted   b y   Un i v er s iti   T en ag Na s io n al   ( UNI T E N) ,   T ay lo r s   Un i v er s i t y   an d   Un i v er s it y   o f   Ma la y a,   Ma la y s ia.       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.  Ye n   a n d   R.   L a n g a ri ,   Fu zz y   L o g ic ,   P e a rso n   E d u c a ti o n ,   2 0 0 4 .   [2 ]   K.   P .   M o h a n d a a n d   S .   Ka rim u ll a ,   " F u z z y   a n d   Ne u ro - F u z z y   M o d e li n g   a n d   Co n tro l   o f   No n - L in e a S y ste m s ,"   S e c o n d   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   E lec trica a n d   El e c tro n ics ,   2 0 0 1 .     [3 ]   G .   S .   S a n d h u   a n d   K.  S .   Ra tt a n ,   " De sig n   o f   a   Ne u ro - F u z z y   Co n tro l ler ,"   IEE I n ter n a ti o n a l   C o n fer e n c e   o n   S y ste ms ,   M a n   a n d   Cy b e rn e ti c s .   1 9 9 7 .     [4 ]   T .   J.  Ro ss ,   Fu zz y   L o g ic wi th   E n g i n e e rin g   A p p l ica ti o n s ,   Jo h n   W il e y   a n d   s o n s ,   2 0 1 0 .     [5 ]   S a lm a n   S K.  a n d   W a n   ZG ,   " F u z z y   L o g ic - Ba se d   A V Re la y   f o Vo lt a g e   Co n tr o o f   Distrib u t io n   Ne tw o rk   w it h   a n d   w it h o u Distri b u te d /E m b e d d e d   G e n e ra ti o n ,"   IEE E   Po we r T e c h   Co n fer e n c e ,   2 0 0 7 .   [6 ]   O m a A .   S .   Yo u ss e f ,   " A p p li c a ti o n   o f   F u z z y   In f e re n c e   M e c h a n ism to   P o w e S y st e m   Re la y in g ,"   IE EE   PE S   P o we r   S y ste m Co n fer e n c e   &   Exp o siti o n v o l.   1 ,   p p .   5 6 0 - 5 6 7 2 0 0 4 .   [7 ]   A .   Ha m a n ,   a n d   N.  D.   G e o g ra n a s ,   " Co m p a riso n   o f   M a m d a n a n d   S u g e n o   F u z z y   In f e re n c e   S y st e m s f o Ev a lu a ti n g   t h e   Qu a li ty   o f   Ex p e rien c e   o f   Ha p to - A u d io - Visu a A p p li c a ti o n ,   IEE E   In ter n a ti o n a l   W o rk sh o p   o n   Ha p t ic  Au d i o   Vi s u a l   En v iro n me n ts a n d   th e ir A p p li c a ti o n s ,   2 0 0 8 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.