Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  6, N o . 2 ,  A p r il  201 6, p p 63 0 ~ 63 I S SN : 208 8-8 7 0 8 D O I :  10.115 91 /ij ece.v6 i 2.8 884          6 30     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Modified Predictive Con t rol fo r a Class of Electro-Hydraulic  Actu at or      Abd u lrahm a n  A. A.  Emhem e d*,  R o sbi Bi n Ma ma t* , Ahma d ‘A thif   M o hd  Faudzi ** ,   Mohd  Ridz uan Joh a r y **, K h airud d in Os man * **  * Department of   Control  and Mechatronic Eng i neering,  Univ ersiti  Teknologi Malay s ia, 81300  Skudai, Malay s ia  ** Centr e  for  Ar tificial Int e ll igen ce  and Robo tics  (CAIRO ),  Universiti Teknolog i Malay s ia, 81300  Skudai, Mal a y s i a   *** Departm e n t   of Industrial  Electroni cs, Univ er siti T e kni k a l  Malay s ia Melak a , 7 6100  Durian  Tu nggal, Mal a y s ia      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Aug 23, 2015  Rev i sed  D ec 28 , 20 15  Accepted Dec 12, 2016      Man y  model pr edictiv e con t rol ( M PC) algorithms have been  pro posed in the  liter a tur e  depend ing on the condi t i onali t y  of the s y stem  m a trix and the tuning   control par a meters. A modified  p r edictiv e con t rol method is p r op osed in  this  paper. Th e modified pr edictiv e method is b a sed on the con t rol matrix   formulation co mbined with op timized  move suppression coefficient. Poor   d y namics and high nonlinear ities are parts of  the  difficu lti es in th e control of   the Electro-H y d r aulic Actuator  (EHA) functions, which make the proposed  m a trix an attr act ive solution. Th e de velop e d con t roller is designed based on  simulation model of a position control  EHA to r e duce  the ov ershoot of th s y s t em  and to ac hieve bet t er and  s m oother trackin g. The perform a n ce of the  designed contro ller a c hiev ed quick re sponse and accura te beh a vior of the   track ing com p ar ed to  th e prev iou s  s t ud y.   Keyword:  M odi fi e d  pre d i c t i v co nt r o l   Electro-hydra u lic actuator  Po sition  co n t rol   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Ab d u l r a h m a n A. A. Em hem e d,    Depa rt m e nt  of  C ont r o l  a n d  M echat r oni En g i neeri n g,  Fac u l t y  of El ect ri cal  En gi nee r i n g,   U n i v ersiti Tekn o l o g i  Malaysia, 813 00   Skudai, Malaysia.  Em a il: ab d o _ 8 3 f @yaho o .com      1.   INTRODUCTION   Gen e ralized  Pred ictiv e Con t ro l (GPC ) is co nsid er ed   o n e o f  th e m o st p opu lar Model Pred ictiv C ont r o l   (M PC ) al g o ri t h m s  i n  i n d u st ry .   GP C  wi t h  i n t e g r a l  act i on i s  de ri ved  ba sed  o n  t h e m i nim i zat i on  of  a  m odi fi ed p r edi c t i v e per f o rm ance cri t e ri on An i m port a nt  a d v a n t ag e of th is typ e  of  p r ed ictiv e con t ro l is its  ability to cope with hard constraint s on controls and states. Recently, se veral pre d ictive  control approaches  wh ere  p r op o s ed  to so l v e EHA  Actu ators  p r o b l em s. EHA  p o s ition  con t rol syste m s are very im p o r tan t  fo r t h industrial application of c o ntrol system s, e. g., airc raft  flight control,  re m o te r obot position control, due  t o   their cha r acteri s tics of fast response , accurate positioni ng,  and so on. Ele c tro-Hydr a u licsyste m s are com p lex,  n o n lin ear and   d i fficu lt to  id en tify and  co n t ro l.  A clos e inve stigation  has sugge sted t h at the  problem s  are  m o stl y  related  to  th n a t u re  o f   h ydrau lic fu n c tion s . Fi rst  o f  all, in  EHA,  flex ib le con n ecting   ho ses, large  vol um e of  fl ui un de r c o m p ressi o n  a n d t r appe d  ai r i n  t h hy d r aul i c   f l ui d l e a d  t o   hi gh  c o m p l i a nce. T h i s   p a p e r’s m a in  c o n t ribu tio n  is  m o d i fied  p r ed i c tiv e co n t ro desig n e d  to  enhan ce po sition  co n t ro l issu e for EHA  pl ant .  T h pr o pos ed m e t hod  i s  usi n g a  new   m a t r i x  com b i n ed  wi t h   o p t i m al  t uned m ove s u p p re ssi o n  fact o r .   Th e GPC m e t h od  design ed   an d  im p l e m en t e d  to  ov er co m e  v a r i ou s co n t r o l pro b l em s i n  on e algo r ithm [ 1 ].    They a r e ca pa ble to stabilize proces ses  with  varia b le  para m e t e rs. It  ca al so a d apt  wi t h  m odel   or der   whi c h   ch ang e s immed i ately p r ov id ed  th at th e in p u t/ou t pu t  d a ta are v a lu ab le to  allow well-fou nded  p l an t   id en tificatio n.  Big d e li and  Haeri i m p l e m en ted  GPC algo ri th m  fo r Po sitio n  C o n t ro o f   an  Ultrason ic  Mo to (USM ). T h e m o tor posses s  heavy nonli n ear, and loa d   depe ndent c h a r acteristics suc h  as dea d -z one. These  pr o p ert i e s ha v e   m a de bi g ch al l e nge f o r P o si t i on an d vel o ci t y  cont rol  o f  t h e pl ant .  T h e GPC  im pro v e d t h p e rform a n ce of th e m o to fo bo th   po sitio n track i n g   an d d i sturb a n c e rej ecti o n   [2 ]. Th p r esen ted   GPC   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    63 0 – 6 3 8   63 1 p o s ition  con t ro l sch e m e  p r ov id es  d a m p in g n o i se,  fast  resp on se, and  go od  rej ection  o f   u n c ertain ties for  in du ctio n  m o tor. Th e po sition   lo op  is reg u l at ed  with   a lin ear GPC con t ro ller and  th e cu rren t  lo op s i n corp orate   the Space Vec t or Pulse  W i dt h Modulation  (SVPW M with  PI control [3]. T h e In vestigation has  achieve p e rfect resu lts b a sed   on  time d e lay en han cem en t fo h ydrau lic po si tio n  con t ro l syste m  (HPCS) u s ing   m odi fi ed pre d i c t i v e cont r o l  t echni q u e. B o t h  se nso r-t o- cont rol l e r ( S - C ) an d co nt r o l l e r-t o-act uat o r  (C -A net w or k-i n d u c e del a y s  are  m odel e d as  M a rk ov  chai n s  [ 4 ] .  A  resea r ch  g r o u p  f r o m  The Uni v e r si t y  of  Man ito b a , Can a d a  ap p lied  GPC con t ro l to  a class o f  p o s ition  con t ro l of h ydrau lic  m a n i p u l ato r . The  i nvest i g at e d  ex peri m e nt al  has been d o n e t h r o u g h  dat a  connection  betwee n the com pute r  and the real plant   t h r o u g h  acq ui si t i on card .  An  on -l i n e est i m a ti on o f  t i m e  vary i ng pl ant  pa ra m e t e rs and i d e n t i f i cat i on achi e ved .   The i n fl uence  of G P C  desi g n  param e t e rs was al so expe ri m e nt al l y  st udi ed  and o b se rve d   [5] .  M P C  ad va nt ages  are d e tailed  in [6 ], [7 ]. Desig n i n g  a pred ictiv e co n t ro lle r for in tegratin g p r o c esses is a b i g  ch alleng ing  step  because of the num ber  of  adjusta b le para m e ters (p re di ction horizon, cont rol  horizon, m ove suppressi on  coefficient, a n d the  sam p ling tim e ) that affe ct the cl ose d -l oo per f o rm ance. Th e n o v el analytical  m e thod has   been  achi e ved   go o d   per f o r m a nce i n cl ude  (se t  poi nt  t r ac ki n g o v ers h oot  l i m i t a t i on, a n d  d i st urba nce  re je ct i on)   base d o n  si m u l a t i on  res u l t s  fo r va ri es  pr ocesses  [8] .  T h e s h i p   dy na m i c posi t i oni n g  sy st em  has som e   characte r istics suc h  as nonli n ear, larg e d e lay an d  stro ng  co up ling ,   wh ich is d i fficu lt to   stru cture th e accu rate  math e m atica l   m o d e l an d  v e ry co m p lica t ed  to  m o d e l it. S o  th e fu zzy pred ictiv e con t rol u s ed  to  con t ro l th sh ip   d y n a m i c p o s ition i ng  syste m  (SDPS) in th ree  d e g r ees  o f   freedo m  (DOF) h a s b e en  i n v e stig ated  and  the  si m u latio n  resu lts sh ow th at  th e fu zzy pred ictiv e co n t ro can  orien t  th e vessels effectively [9 ]. An  imp r ov ed  robu st m o d e l pred ictiv e con t ro ller (RMPC )   is p r esen te ba sed  o n  m odel  r e fere nce a d a p t i v e sy st em  (M R A S)   for three  d e g r ee freedo m  sate llite. Th e con t ro l d e sign ed b e cau se  o f  ex tern al d i st u r b a n c e is co m p en sat e d   on  th e stab ility an d   p e rfo r m a n ce o f  cl o s ed  loo p   syste m . Then  th resu lts o f   propo sed  RMPC co m p ared  t o   gene ral i zed i n crem ent a l  pred i c t i v e cont r o l  ( G IPC )  a nds h o w  t h at  t h e R M PC  m e t hod i s   m o re rob u st  t h an t h e   GIPC  m e t hod  [1 0] A n  El e c t r o- Pne u m a t i c  cl ut ch act uat o r c o nt r o l l e on/ of val v es  usi n g P u l s W i dt h   M o d u l a t i on  (P WM ) an No nl i n ear M odel  Predi c t i v e C o nt r o l  (NM P C )  app r oac h  i s  appl i e d t o  des i gn a n   ex p licit reference track ing .  The p e rform a n ce o f  t h e d e si gn ed  con t ro ller  h a s b e tter  q u a lity in  co m p arison to  an  ex p licit qu an tized   NMPC con t ro ller wit h out PW [11 ] . Th p r esen ted article h a s th ese  o u tlin es:     Sect i on  I:  I n t r o duct i o n a n ba ckg r ou n d  st u d i e s o f  t h e  E H A   cont rol l e d  by   p r edi c t i v e c o nt r o l .     Sect i on II:   T h e xpe ri m e ntal   set u p   an d i d ent i f i cat i o n  m e t hods   f o r  vari es o r de rs of   t h e EH A ar e   prese n t e d .     Sect i on  II I:  T h e m odi fi ed  pre d i c t i v e c ont r o l ,  w h ere  t h pr o pos ed  m a t r i x  are e xpl ai ne d.     Sect i on  I V :  Th e t uni ng  st rat e gy  an d c o m put at i ons  of  t h co nt r o l  pa ram e t e r s  are  p r esent e d .     Sectio n   V :  Si m u la tio n  d e sign   o f  t h e pro posed  co n t r o ller   an d co m p ar ison  w i t h  pr ev ious stud y b a sed   on  m o d e l o f   po sitio n con t ro l EHA.    Sect i on  VI:   Di scussi o n  a n d c oncl u si o n   pres ent s  i n   resul t s   are sum m ari z ed an di scu sse d i n  t h e l i ght   o f   o u r ob j ectiv es.      2.   MODEL IDENTIFICATION OF THE E H In  EH A sy st e m  operat i on,   hy d r aul i c  act u a t o r ca uses l i n ear act i o n f r o m  di fferent   pr essur e  i n  t h e   cylin d e b y   p u sh ing  ag ain s t t h p i ston Generally, th e actuato r con s ists of two o il ch am b e rs, sep a rated   b y  the  pi st o n . T h re sul t  o f   oi l  fl o w s m ovi n g  i n t o  a n d  o u t   of t h e c h am bers d r i v i n g t h e pi st on  an ge nera t e  t h e   requ ired  p r essu res to  m o v e  th e lo ad  of th e actu a to r [12 ] . A lin ear typ e  actu a tio n  of th e EHA system  u s ing  a  si ngl e-e n ded  c y l i nder a nd c o nt r o l l e d wi t h   ON/ OFF  val v e i s  con s i d ere d  i n  t h e ex pe r i m e nt al  desi gn . Th e   expe ri m e nt al  set up a n d t h e  i d ent i f i cat i on  res p o n ses  o f  t h e E HAs h o w n  i n   fi gu re  1.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N 2088-8708      Mod ified  Pred i ctive Co n t ro l fo a  Class  o f  Electro -H yd rau lic Actu a t o r  (Ab d u l ra hma n  A.A. Emh e med )   63 2        Figu re  1 .  (a ) R eal expe rim e ntal setup  o f  th EH A ,  (b ) Ide n t i fication   res p o n ses of   o f   t h e EHA       In  th e system id en tificatio n p r o c ess, prev iou s ly, th is EHA  p r o cess is id en tified  u s in g   ARX  id en tificatio n  t ech n i q u e . In  t h is p a p e r t h id en tifica t i on  descri bed  base d o n  c u r v e r e act i on a p p r o x i m at i on  t echni q u es .T he  fi rst   or der  st ep  res p o n se  sy st em   i d en t i f i cat i on m e t hods  ap p r o x i m at ed t h e param e t e rs bas e o n   th e inpu t/o u t pu t th e m o d e l is determ in e d   b y  ap p l ying   n on-p a ram e t r ic system  id en tificatio n b a sed   on  expe ri m e nt al  resp onse  f o r  t h e EH A.  T h pr ocess  gai n   de s c ribes  base on the  steady  state effect  of the input   change t o  the c h ange  of the  output. T h dea d  tim e can be   dir ectly r ead   f r om   th e ou tpu t  r e sp on se [1 3 ] , [14 ]      1. 587  .   (1 )     The  fi rst   or d e r a p pr oxi m a ti on  w o ul d  b e  de ri ve d  as  a  p r ocess  gai n   , d e ad tim e   . T h app r oxi m a t i on fr om  an e xpe ri m e nt al  t e st  of t h e  dy nam i c sy st em  and  c o m p ared  wi t h   t h e i d e n t i f i e d   fo urt h   o r d e system   i d en tification  i n  un it step   resp on se. Tim e  delay adjusted t o  be  m o re tha n  zero to achi e ve a  satisfacto r y m a tch  and   sim p lif y th e con t ro param e ters an alysis.      0.1 5  51 0 71 0  5 1 0 1055 2.5 10 3 . 4 1 0  0 . 5   (2 )       3.   MO DIFIE P R EDI C TI VE CO NTROL   Th e fo llowing  lin ear, d i screte ti m e sin g l inp u t/sing l e o u t pu AR m o d e l represen tatio n  b y   (3 ):          1  (3 )     whe r A  and  B  are polynom i als  in  t h e b ackward shi f t operat or   as below:     1    ⋯      (4 )           ⋯      (5 )     whe r nb na d  is ti m e  d e lay,  na is  nu m b er  o f  po les,  nb is nu m b er  of  zer o s.  Th p r ed ictiv co n t ro l al g o rith m  co n s ists  o f   ap p l ying  a  contro l seq u e n c e th at m i n i mizes a m u lt istag e   co st fun c tio n of th e fo rm      ,  ,   δ j   |      λ  Δ  1     (6 )     whe r  |  is an  op ti m u m  j - step   ah ead   p r ed ictio n   o f  t h e system o u t pu t o n   data u p  to  tim t.   is   the f u tu re  refe rence  tra j ecto r y ,     i s  t h e  mi n i mu m c o s t i n g   h o r i zo n     1 ,  t h e  ma x i mu m c o s t i n g   ho ri zo n i s    , and    kn ow n as  t h e co nt r o l   hor izon  , r e sp ectiv ely.  δ j , and  λ  are  weigh tin g seq u en ces.  Since the c ont rol signal that i s  actually sent to th e proce ss  is the first element of vect or u (recedi n st rat e gy ),  i t  i s   gi ve by :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    63 0 – 6 3 8   63 3 Δ     (7 )     whe r  is th e dyn amic  m a trix   whe r e     is d i ag on al m a trix ,  is a vector  of the refe rence t r ajectory,  and   i s  a m a t r ix cal cul a t e us i ng t h Di o pha nt i n e e quat i on .    In  ou r p r o p o se d m a t r i x  anot h e r st rat e gy  ef f ect s di ffe rent  t y pe of m odel s  such as  fi rst ,   seco nd , an h i gh   o r d e syste m s, an d g i v e s m o re q u a lity respo n s es co m p ared  t o  th prev iou s  st u d y  esp ecially in  term s o f   ove rs ho ot . T h e  pr o pose d  m a t r i x  de pen d o n   t h e su p p ressi o n  coe ffi ci e n t       , th d i ago n a m a trix , an d oth e val u es c r eat ed  fr om  t h e open - l o o p  res p on se  of t h e o r i g i n al  sy st em .The pr op ose d  st rat e g y  i s  im pl em ent e d t o   diffe re nt proc esses to e v aluate the  performance of a   new st rategy a p proach of t h e m odified  predictive   m e t hod.  Let s   assum e     i s   t h e ope l o o p  st ep resp o n se  sam p l i ng dat a  of   t h e sy st em   m odel   as:             … .   (8 )     whe r    - step response  coe ffi cients.  Th e m o d i fied   matrix   Φ with in M=6   is:      Φ   (9 )     Φ 1/2                   1/2  0  0     1/2  0     0  1/2  0 .     0  1/2     0  0  1/2   (1 0)       4.   TUNI NG  ST RATEG Y   Mo d e l pred ictiv e con t ro l fam i ly  m o stl y  u s ed   for ind u s t r ial p r o cesses. Th GPC p e rfo r m a n ce obj ectiv is v e ry si m ilar  to  th e DMC b u t  is min i m i z e d  v i a recu rsi o n  on  th e Dioph an tin e iden tity b y  Clark e  [1], [1 5 ] N e v e r t h e less,  G P r e du ces t o  th e D M C algo r ith m  p o l ynomial th at  m o d i f i ed  the pr ed icted  ou tpu t  tr ajecto r y is  assu m e d  to   b e  un ity; th erefore, t h DMC tu n i n g  strateg y  can   b e   d i rect ly ap p lied to   GPC con t ro ller [16 ]   An ot he st udy  base d on   C o op er’s   st rat e gy  w a i m pl em ent e d fo r Dual  A d a p t i o n   Ge ne ral i zed  P r e d i c t i v e C ont r o l   (DA-GPC )   by [17]. The m odi fied  predict i ve m e thod  will have t h e s a m e  pre d iction  horizon equation a s   pr o pose d  by  C o o p e r   [1 8]  i n  t e rm s of       prediction horizon and will  be   c o m p ared  with C o ope r’s  m e thod. T h tu n i ng   pr o c edur e for  co n t ro par a m e ter s   , a n  as fo llow:    Predi c t i on h o r i zon  :  no rm all y  chose n   base on a  ri se t i m e   of  95  % o f  t h e  pr ocess st ea dy  st at e. A m o re  ex p licit tun i ng   co rrelatio n was propo sed b y   [1 8 ]   for t h e selectio n   o f   P  as follo ws:      5 10  1   (1 1)       C ont r o l  h o ri z o : I n  t h e  G P C  fo rm ul at i on, s e l ect i ng a  val u e o f  t h e  co nt r o l  ho ri zo n M  >   pr od uces  a   m o re rob u st  cont rol l e r at  t h e cost  of i n crea sed com put at i on l o a d . Se ver a l  researche r have  pr o pose d  t o   set th v a lu o f  ( M =1 ) [1 ], [1 5 ] ,[ 19 ].  Ro ssiter  [2 0 ]  stated   ( M 3),   A b u- Ay y a d [2 1] , [ 22]  st at ed   5 10 In  th is p a p e r co m p ariso n  will  b e  p r esen ted  with   p r ev iou s  stud b y  Coop er pro v i d e d an alytical   fo rm ula for  M   as f o llow s .      10  1   (1 2)     In th e m o d i fied   p r ed ictiv e meth od  th e con t ro l horizon  ch osen  as (  5 1 0 ).     Th e mo ve  supp ression co efficien t   :  seve ral researc h e r s  enha nced  th e pred ictiv e con t ro l b a sed  on  pr o pose d  t u ni ng m e t hods  f o r t une  . Fi rst   t uni n g  f o rm ula sug g est e d b y  a t e am  from  Depa rt m e nt  of  C h em i c al  En gi neeri n g ,   U n i v e r si t y  o f   Al be rt a  E d m ont on , C a nada   [1 7]  as     . 1 In  add itio n, t h val u e  o f        can  be  cal c u l a t e d b a sed o n   t une d  du ri n g  o p erat i o n   t o   i m prove  t h e ove ral l   pe r f o r m a nce  an 1  is t h no m i n a t o p o l yno m i al.  Ban e r j ee and   Sh ah   [2 3 ]  suggested  sim p le rob u s t  tun i ng gu i d elin es fo Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Mod ified  Pred ictive Co n t ro l fo a  Class  o f  Electro -Hyd rau lic Actu a t o r  (Ab d u l ra hma n  A.A. Emh e med )   63 4 a proce ss u nde r Gene ral i zed  Pre d i c t i v e C o n t rol  usi n fre quency res p ons e technique where the sm a l l gain  criterio n  pro v i d e u s efu l  i n fo rm atio n  about th e st ab ility and   p e rform a n ce  o f  GPC an d  th e system  stability unde r GPC  only if t h e val u of    approxim a tely  exceeds 1. Anot he r resea r c h ers propose d  to  t une   t h e   m ove   s u p p re ssi o n  wei g ht  base d on   t h e  fol l o wi ng  rel a t i ons hi p:    . Where   , are  con s t a nt [2 4] .  A  ne w t e c hni que  ba sed  o n   r e gres si o n  m o d e l  t echni ques  f o r  o p t i m al     su gge st ed by  [2 5 ] Analytical expression  for   bas e on  C o o p er ’s  de ri vat i o n i s   p r esent e d as  f o l l o ws:         .   (1 3)         0 . 08  1   (1 4)      1   (1 5)     whe r e  i s  p r oce ss gai n is ti m e  d e lay,   is samp lin g ti m e     5.   C O N T ROL DESIGN AND   D I SC USSION  Seve ral  i ssues   i n  p r edi c t i v e  c ont rol  t uni ng  b ecom e  appare n t  and  fi rst l y  ca be e xpl ai ne d  w h en t h strateg y  is  d e si g n e d and  tested   on  sim u latio n   b e fore tested on   real tim e a p p lication .   These issu es  related  t o   t h e set - p o i n t  t r acki n g,  ove rs h oot , a n d di st u r bance s . P r evi o us i n vest i g at i o ns ha ve est a bl i s he d t h at  a si g n i f i cant  ad v a n t ag o f   MPC o v e r  PID co n t ro ller s  is th at PID  con t r o m u st b e  tu n e d  to  r e j ect d i stu r b a n ces to  h a v e  good  cont rol, which  is not  neces sary in  m a ny instances  when usi n g pre d ictive  c ont rol st rategie s  [16].  The  objective   of si m u l a t i on desi g n  i s  t o  m odi fi ed t h e p r e d i c t i v e co nt rol  and t e st i ng t h e cont r o l l e r be fo re ve ri fy  i t  in real - t i m e  experi m e nt . Thi s  i s  im port a nt  whe n  de al i ng wi t h  c o m p li cat ed i n st rum e nt  whi c h i s  not  easy  t o  u s e an d   in stall. Th e si m u la tio n  an aly s is and  design   h e lp s t o   redu ce th e tim e tak e n  th an  exp e ri men t ally in  d e sig n i n g t uni n g  a n up g r adi n g  t h e c o nt rol l e r.   B a sed o n  t h e p o si t i on m odel   st ep res p onse  t h e pl a n t  can  b e  app r oxi m a t e d by  a  fi rst - or d e r pl us  dea d   ti m e  (FOPTD) in teg r ating  as  th e pro c ess g a i n   1 . 5 8  and t h e time delay estim a ted as  d =0. 05 t o  get  t h e   v a lu e fo r m o ve su pp ression .   Th e pred ictiv e h o r izon  was  P =2 0, t h e co nt rol  h o ri z on  wa M =5 fo r Co ope r’ m e thod. T h e m ove  s u ppre ssion   for the  Cooper m e thod is  =0 .1 5, an d fo r the op ti m a l tu n i ng  is   =0.03,  The t uni ng  va lue for t h e m ove  s u ppressi on c o efficient    is esti m a ted  em p i rically a n d the  param e t e r x e s t i m a t e d as x= 20 . B e st  pe rf o r m a nce achi e v e wi t h    0 . 0 3 whe r e  faster  reac hing to t h setp o i n t  th at is clear fro m  th e yello w lin es to si m p lify  t h e est i m a ti on o f  t h e t r acki n g.  The s e t uni ng  val u e s  wi t h   th eir p e rform a n ces b a sed  on  rise ti m e  an d  settlin g  ti me  are p r esen ted  in  th e figu res (2-4) an d  th e co m p arison  anal y s i s   o f   t h e  t uni n g  pe rf orm a nce descri pes i n   Fi g u r e 5.       Fi gu re  2.  Di f f e r ent   val u es  o f  t h param e t e r t uni ng    base o n    0 . 3 7   0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 ti m e  ( s e c ) y      =1 =2 =4 = 0 . 37     x = 2 0 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    63 0 – 6 3 8   63 5     Fi gu re  3.  Di f f e r ent   val u es  o f  t h param e t e r t uni ng    base o n    0 . 1 5       Fi gu re  4.  Di f f e r ent   val u es  o f  t h param e t e r t uni ng    base o n    0 . 0 3       Fi gu re  5.  A n al y s i s  of  di f f ere n t  val u es  o f  t h param e t e r t uni ng    base on  di ffe rent          The a n al y s i s  t e st t o  eval uat e  t h e m odi fi ed  p r edi c t i v e m e t hod  prese n t e d  wi t h  di ffe rent   val u es  of      with  v a ries v a lu es o f   th param e ter  tu n i ng  as show n in Figu r e   5 .  Best m o d i f i ed   p r ed ictiv r e spon se  ach iev e d  with    4  and  0 . 0 3  beca use  o f  i t s  fast  t o  reac h t h e  set   poi nt .   Th e po sition   m o d e l resu lts with    0 .15,  0 . 0 3 and  =4 p r esent e d i n  Fi gu re 6 a n d t h perform a nceanalysis in Table 1.  All  the m o dified  pre d ictive responses a r e dem onstrati ng t h e shortest settling  t i m e , ri se t i m e  an d n o   o v ers h oot .  O n  t h e o t h er ha n d  C oop er’s m e th o d  resp on se is  un attractiv e b ecau s e o f  its   ove rs ho ot  a n d   sl ow t r acki n g  c o m p are t o  t h m odi fi ed p r e d i c t i v e m e t hod.   0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 Ti m e  ( s e c ) y     =1 =2 =4 = 0 . 03   x = 2 0 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Mod ified  Pred ictive Co n t ro l fo a  Class  o f  Electro -Hyd rau lic Actu a t o r  (Ab d u l ra hma n  A.A. Emh e med )   63 6     Fi gu re  6.  C l ose  l o o p  c o nt r o l  re spo n ses  ba sed   on  di ffe rent  c o nt r o l  schem e s wi t h   vari es    of  the E H A system      Tabl 1. C o m p ari s o n  R e s u l t s   bet w ee n t h e  M odi fi ed  Method  an d Coop er’ s  Meth od   f o r  The EHA  System.  Si m u lation   per f orm a nce    =0. 15  =0. 03  Cooper s   m e thod  m odified  m e thod  Cooper s   m e thod  m odified  m e thod  Over shoot ( % 4. 4   0   4. 5   0   Rise tim e  ( s ec)  0. 30   0. 29   0. 22   0. 19   Settling ti m e (sec)  0.59   0.43    0.40  0.29      6.   CO NCL USI O N   Th e m o d i fied   p r ed ictiv e con t ro l is cho s en  as represen tativ m o d e l p r ed ictiv e co n t ro l tech n i q u e  and  is  ap p lied to  simu latio n  st ud ies o f  po sition  co n t ro l m o d e l o f  EHA. Th e meth o d o l og y o f   an alysis  con s id ers  di m e nsi onl ess param e t e r i n  order t o  ge t  ge ne ral  resul t s  w h i c h co ul d be exe r cised to any s p ecific real case. The   cont rol perform a nce of the  m odified  controller is com p ared with C o ope r’s  m e thod  usi ng  fast reacting proce ss.   The close d -l oop res p onses a r e com p ared and the di ffe renc es and sim ilarities are explained on the  basis  of the   stru cture of the co n t ro l sch e mes. Th e si m u latio n  tests fo r th e co n t ro l p a ra m e ters in  so me tu n i n g  cases fo r th m odel  EHA p o si t i on c ont rol  are gi ve n t o   veri fy  t h e e ffe ct i v eness  of t h m odi fi ed  pr edi c t i v e co nt r o l .  The   m odi fi ed m e t h od  d o es  n o t   ha ve  ove rs ho ot f a st  t o  reac h t h e  set  p o i n t ,  an sm oot her t h a n   C o o p er ’s m e t hod .       REFERE NC ES   [1]   Clarke DW , M o htadi C, Tuffs  P S .  Generali zed p r edic tive con t rol P a rt I. The ba s i c algorithm .   A u tomatica . 1987;  23(2): 137-148   [2]   Bigdeli N, Haer i M.  Position control of an ultrasonic motor  u s ing generalized  predictive control . In  Contro l,  Automation, Ro botics  and Visio n   Conferen ce (I CARCV). 2004;  1957-1962.  [3]   Egiguren PA, Caramazana OB, Etxeb e rria JAC.  Linear generalized predictive p o sition control o f  induction moto dr ives . In  IECO N 2011-37th An nual Conf eren ce on IEEE  Industr ial Electronics  S o ciety .  2011; 19 22-1927.  [4]   Yu B,  Shi Y.   GPC-based remote control for hy draulic position   control systems in a networked  environment . I n   American Contr o l Confer ence. 2 009; 1: 5558-55 63.  [5]   Sepehri N, Wu G. Exp e rimental  evalu a tion  of  gener a li zed  pr edic tive  contro l  appli e to a  h y drau li c a c tu ato r Robotica . 1998 16(4): 463-474 [6]   Camacho EF , B o rdons C. Model Predic tive Control. Spring er  Lo ndon. 2004 [7]   Maciejowski JM. Predictiv e Con t rol: With  Constr aint s. Prentice Hall- Techno lo g y  &  Eng i neer ing. 2002.  [8]   Danielle D, Cooper DJ. Tuning guidelin es of a d y n a mic ma trix controller for  integr ating (no n -self-regulating )   proc e sse s.   Indus trial &   engineeri ng chemistry res e arch .2003; 42( 8): 1739-1752.  [9]   Pirouzmand F. Robust model predictive con t rol  based  on MRAS for satellite a ttitude control s y s t em.  Internationa l   Journal of Electrical and  Co mputer  Eng i neer ing   ( I JECE) .  2014;  4(1):81-92.  [10]   Liy un W, Jian mei X, Xihua i W. Ship dy n a mic positionin g  sy stem s based on fuzzy  pr edictive con t rol.  TELKOMNIKA Indonesian Journ a of Electrical  Engineering . 20 13; 11(11): 6769 -6779.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    63 0 – 6 3 8   63 7 [11]   Grancharova A.  Explicit MPC of Constraine d Nonlinear S y stems with Quantized Inputs. L ectur e N o tes  in Contr o l   and Information  Scien ces . 2009;  384: 371-380.  [12]   Ghazal i R, S a m   Y, Rahm at M ,  H a s  Z.  Adaptive D i screte S liding   Mode Cont rol fo r a Non-minimum Phase Electro - Hydraulic Actua t or  System . Inter n ation a l Conf erence on  Robotic,  Visi on, Signal P r ocessing & Power Application s Springer. 2014 1:3-14.  [13]   Seborg DE, Mellichamp DA,  Edg a r TF , Do y l e III FJ. Process d y n a mics a nd  control. John Wiley  &  Sons.2010  [14]   Emhemed AAA ,  Mamat R,  Hanafi D.   Comparison of boiler plant model and  real plant responses based on   proportional Integral controller In  Sustainabl e Utili zat ion and  Devel opm ent i n   Engineering and  Technolog (STUDENT), 20 12 IEEE Conf er ence on. 2012; 1 :  117-122.  [15]   Clarke DW , Mo thadi C ,  Tu PS.  General i z e d pre d ictiv e con t rol P a rt II . Ext e nsion s  and interpr e t a ti ons.  Automati ca 1987; 23(2): 149 -160.  [16]   Shridhar R, Co oper DJ. A  tu ning strateg y  f o unconstrained SISO model predictiv con t rol.  Industria l  &   Engineering Chemistry Research 1997; 36(3) : 72 9-746.  [17]   Ho YK, Yeoh H K , Mjal li FS.  Genera liz ed Pred i c tiv e Contro l Al gorithm  with R e al-T im e Sim u lta neous Modeling   and Tun i ng.  Ind u strial  &  Engineering Chemistry  Research . 2014;  53(22): 9411-94 26.  [18]   Dougherty  D ,  C ooper DJ. Tunin g  guidelin es of a d y n a mic ma trix controller for  integr ating (non -self-regulating )   proc e sse s.   Indus trial &   engineeri ng chemistry res e arch . 2003 ; 42( 8): 1739-1752.  [19]   Mc Intosh AR,  Sha h  SL ,  Fishe r   DG.   Selection o f  tuning parameters for adap tive generalized predictive con t rol In American  Co ntrol C onf eren ce, 1989; 1:1846-1 851.  [20]   Rossiter JA. Mo del-based  pred ictive contro l:  a p r actical  approach. CRC press. 201 3.  [21]   Abu-Ay y a d M,  Dubay  R ,  Kemb er GC. SISO extended pr edictive control—fo rmulation  and th e bas i c algorithm.  IS Trans . 2006; 45( 1): 9-20.  [22]   Abu-Ay y a d M,   Dubay  R.  Rea l -time  c o mpa r i s on of a  numbe r of pre d i c t i v e   c ont roll e r s.   IS A Trans . 2007;  46(3): 411 - 418.  [23]   Ba ne rje e  P, Sha h  SL .   Tuning   guidelin es for r obust ge neraliz ed predictive  control . In   Decis i on and Con t ro l,  Proceedings of  t h e 31st I E E E  Co nferenc e  on . 199 2; 1:  3233-3234.  [24]   Rani KY, Unbeh a uen H .  Stud y  o f  pr edictiv contr o ller  tuning  methods.  Automat i c a . 1997; 33(12):  2243-2248.  [25]   Emhemed AAA, Mamat R, Faudzi AAM.  A New Pr edicti ve Co ntr o l T echnique  for  For ce Contr o l of Pneumati Actuator  Plan t. The 10th  Asian C ontrol Conf eren ce (ASCC 2015).  2015; 1:1-6 .       BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       Abdulrahman A.A. Emhemed  is a  lecturer  at C o lleg e  of  Electr onic  Techno log y -Ban i Walid,  Lib y a. Currently he is a PhD  Candidate at Contr o l and Mechat ro nic Engin eering  Department,  Universiti  Te ch nologi Mal a y s ia . He h a s presen ted m a n y  pap e r s  at conf eren ces  and journ a ls.  Mr.Em h em ed is  a m e m b er for  man y  in tern ation a l   institutes and e ngineer ing associations such as   Institute   of El ec tric al and Ele c tr onics  Eng i neer i ng  (IEE E ),   Scie nce and Engine ering  Inst itut e   (SCIEI), and  th e Intern ation a Association of  ENGineers (IA ENG).  His area of interesting  is   artif icial intellig ent, microcon tro llers  a pplications, robotics, and  pr ocess contro l.          Ros b i M a m a t is  an as s o ciat e prof es s o r at Depart ment of Control and Mechatronic  Engineering at  the Faculty  o f  Electrical  Engin e ering, Univer siti Teknolog i Malay s ia. He  obtain e d his PhD at  1996 in con t rol  engineering fro m University  of  Sh effield ,  UK.  He has au thored  and  co-author ed   m o re m a n y  p a p e rs in in tern atio nal  and lo cal  jo urnals and  conf erenc e s. His r e search  int e rests   includ e Em bedd ed S y st em s, Arti fici al In tellig en Control, Roboti c s and Mechatron i c S y s t em s.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Mod ified  Pred ictive Co n t ro l fo a  Class  o f  Electro -Hyd rau lic Actu a t o r  (Ab d u l ra hma n  A.A. Emh e med )   63 8   Ahmad `Athif Mohd Faudzi was born in 1982.  He rece ived the B.  Eng. and  th e M.  Eng.  d e grees   from Universiti Teknolog i Malay s ia, Malay s ia a nd th e Dr.  Eng. in S y stem I n tegration from  Okay ama University , Japan  in 2 004, 2006, and  2010  respectively .  H e  is now  attached with the  Centre for Artif ici a l Intellig ence and Robotics  (CAIRO), Universiti T e knologi  Malay s i a  as a  Senior Lecturer . Dr. Athif is th e leader for  of  the Actuator and  Automation Research Group  (A2RG). He is   m a inl y  engag e d  in th e res e arch  fields  of pn eu m a tic a c tu ators ,  s o ft ac tuators ,   robotics autom a t i on  and   th eir app lic ations.              Mohd Ridzuan  Johar y  is a m a s t er student  at  U n iversiti Teknol ogi  Malay s ia.  Mr. Johar y  is a  member of the  Actuator and Automation Resear ch Group (A2R G) and supervised b y  Dr. Ahmad   `Athif Mohd Faudzi. He  is main resear ch  in th e in ellegent con t rol integr ated   with Electro- H y draulic Actu ators and  their  ap plications.          Khairuddin Osman   is a Lectur er  at Dep a rtment  of Industr ial Electronics, Facu lty of Electrical  Engine ering,  Universiti  Tekn ikal  Mala ysia Me la ka. He r ece ived  his MS.cEng an d PhD degrees   from  Universiti Teknologi Mal a y s i a , Mal a y s ia. He has presented m a n y  pap e r s  at local and   intern ation a l co nferenc e s and j ournals. His are a s of interst in c l ude S y st em  Identifi c a tion,  as   Instrum e ntation  and  Autom a tion  S y stem s.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.