IA E S   In t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   A r t i f i c i a l   In t e l l i g e n c e   ( IJ - AI )   Vo l .   8 , N o . 1 Ma r c h   2 0 1 9 , p p 14 ~ 25   IS S N :   2 2 5 2 - 8938 ,   DOI :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j a i . v 8 .i 1 .p p 14 - 25   r        14       Jou r n al   h om e page ht t p: / / i ae s co r e .c o m /o n lin e /in d e x .p h p /I J AI   Op t i m i z a t i o n   s t u d y   o f   f u z z y   p a r a m e t r i c   u n c e r t a i n   s y s t e m       Te j a l   D .   A p a l e Aj a y   B .   P a t i l   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   W a l c h a n d   C o l l e g e   of   En g i n e e r i n g ,   Sa n g l i . 4 1 6 4 1 5 ,   I n d i a       Ar t i c l e   I n f o     AB S T RACT   Ar t i c l e   h i s t o r y :   Re c e i v e d   N o v   2 0 ,   2 0 1 8   Re v i s e d   J a n   2 5 ,   2 0 1 9   Ac c e p t e d   F e b   1 0 ,   2 0 1 9       Th i s   p a p e r   d e a l s   w i t h   t h e   a n a l y s i s   a n d   d e s i g n   o f   t h e   o p t i m a l   r o b u s t   c o n t r o l l e r   fo t h e   fu z z y   p a ra m e t ri c   u n c e rt a i n   s y s t e m .   A n   L T s y s t e m   i n   w h i c h   co ef f i ci en t d ep en d o n   p ar am et er d escr i b ed   b y   f u zzy   f u n ct i o n   i cal l ed   as  fu z z y   p a ra m e t ri c   u n c e rt a i n   s y s t e m .   B y   o p t i m a l   c o n t ro l   d e s i g n ,   w e   g e t   c o n t ro l   la w   a n d   f e e d b a c k   g a in   m a tr ix   w h ic h   c a n   s ta b iliz e   th e   s y s te m T h e   r o b u s co n t r o l l er   d esi g n   i d i f f i c ul t   t a s s w e   go  f or   t he   opt i m a l   c ont r ol   a ppr oa c h.   Th e   s y s t e m   c a n   b e   c o n v e r t e d   i n t o   s t a t e   s p a c e   c o n t r o l l a b l e   c a n o n i c a l   f o r m   w i t h   th e   α - cu t   p r o p er t y   f u zzy .   F o r   o p t i m al   co n t r o l   d esi g n ,   w f i n d   co n t r o l   l aw   an d   ge t   t he   f e e dba c ga i m a t r i w hi c c a s t a bi l i z e   th e   s y s te m   a n d   o p tim iz e s   th e   co st   f u n ct i o n .   S t ab i l i t y   an al y si i d o n b y   u si n g   t h K h ar i t o n o v   t h eo r em   an d   Ly a p u n o v - Po p o v   m e t h o d .   Th e   p r o p o s e d   m e t h o d   a p p l i e d   t o   a   r e s p o n s e   o f   Co n t i n u o u s   S t i r r e d   T a n k   Re a c t o r   ( CS T R) .   Ke y wo r d s :   Co n t i n u o u s   S t i r r e d   T a n k   Re a c t or   ( C S T R )   Fu z z y   p a r a m e t r i c   u n c e r t a i n   sy st e m   Kh a r i t o n o v   t h e o r e m   Ly a p u n o v - Po p o v   s t a b i l i t y   Op t i m a l   c o n t r o l   α - cu t   s et     Co p y r i g h t   ©   2 0 1 9   In s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e   Al l   r i g h t s   r e s e r v e d .   Co r r e s p o n d i n g   Au t h o r :   Te j a l   D .   A p a l e   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   Wa l c h a n d   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   Sa n g l i . 4 1 6 4 1 5 ,   I n d i a   Em a i l :   te ja la p a le @ g m a il.c o m       1.   IN T R O D U C T IO N     To   d e s i g n   a   p r o p e r   c o n t r o l l e r   f o r   r e a l   t i m e   n o n l i n e a r   s y s t e m   h a v e   m a n y   p r o b l e m s   s u c h   a s   u n c e r t a i n t y ,   di s t ur ba nc e ,   unknow e xa c t   ma t h e ma t i c a l   mo d e l   e t c .   U n c e r t a i n t y   i s   e ith e r   s tr u c tu r e   o r   U n s tr u c tu r e d .   Mo s t l y   t h e   n o n l i n e a r   s y s t e m   d e f i n e d   i n   t e r m s   o f   m a t h e m a t i c a l   m o d e l   d o e s n ' t   h a v e   t h e   e x a c t   p a r a m e t e r   t h e   cal cu l at ed   p ar am et er s   ar co n s i d er ed .   S o   t h at   t y p o f   m o d el   co n s i s t s   t h p ar am e tr ic   u n c e r ta in ty A n d   b e c a u s e   of   t ha t   unc e r t a i pa r a m e t e r ,   w e   ha ve   s om e   i nf or m a t i on  l os s ,   w hi c m a be   i nc om pl e t e ,   unr e l i a bl e .   A l s o,   t he   unc e r t a i nt a f f e c t s   t he   s ys t e m   r e s pons e .   S o,   w e   m us t   de s i gn  a   c ont r ol l e r   s uc t ha t   i t   c a de a l   w i t t hi s   t ype   of   unc e r t ai n t y   an d   r em o v t h ef f ect s   o ccu r r ed   b ecau s o f   t h at .   F o r   t h at ,   t h f u zzy   l o g i co n t r o l l er   g i v es   t h b es t   so l u t i o n .   In   t h i s   p a p e r,   t h e   d e s i g n   a   c o n t ro l l e w h i c h   d e a l   w i t h   p a ra m e t ri c   u n c e rt a i n t y   w i t h   a   fu z z y   c o n t ro l l e is   g iv e n T h a is   th e   s y s te m   w ith   know m a t he m a t i c a l   m ode l   r e pr e s e nt   i t e r m s   of   f uz z m e m be r s hi f unc t i on  i.e f u z z y   p a r a m e tr ic   u n c e r ta in   s y s te m T h a m e a n s   w e   c o n s id e r   s o m e   r a n g e   o f   p a r a m e te r   v a r ia tio n T h e n   f in d   th e   α - cu t   s et   f o r   t h at   f u zzy   p ar am et r i u n cer t ai n   s y s t em .   F r o m   t h at   w g et   th e   n o m in a s y s te m th e n   f in d   th e   fe e d b a c k   g a i n   m a t ri x   fo t h a t   s y s t e m   w h i c h   s t a b i l i z e   t h e   s y s t e m .   W e   c a n   d e s i g n   a   c o n t ro l   l a w   fo w o rs t   c a s e   co n d i t i o n   i .   e.   f o r   α   =   0   w h en   t h g r eat es t   u n cer t ai n t y   C o n s i d er ed .   T h s t ab i l i t y   i s   ch eck ed   b y   Kh a r i t o n o v   t h e o r e m .   Ro b u s t n e s s   i s   t h e   p r o p e r t y   o f   t h e   s y s t e m   w h i c h   d e a l   w i t h   t h e   v a r i a t i o n   i n   p a r a m e t e r s   i n   s o m e   r a n g e   o r   bound  [ 4] .   I [ 5]   t hi s   t he   m e t hod  f or   f uz z pa r a m e t r i c   unc e r t a i s ys t e m   w e   di s c us s e t de s i gn  t he   r obus t   co n t r o l l er   w i t h   co n s i d er i n g   t w o   ex am p l es .   I n   f ir s e x a m p le tw o   u n c e r ta in   p a r a m e te r s   c o n s id e r e d   a n d   in   a n o th e r   ex am p l t h r ee  u n cer t ai n   p ar am et er s   co n s i d er ed   ch eck ed   t h r es p o n s f o r   t h at .   T h ar i t h m et i cal cu l at i o n   f o r   α - cu t   s et   p r o p er t y   o f   f u zzy   ar g i v en   i n   [ 1 ] .   T h s t ab i l i t y   o f   s y s t em   i s   ch eck ed   b y   Kh a r i t o n o v   t h e o r e m   [ 3 ] .   B e c a u s e   fo t h i s   t h e o re m   w e   c o n s i d e s o m e   ra n g e   o p a ra m e t e a n d   i n   fu z z y   p a ra m e t ri c   u n c e rt a i n   s y s t e m   u n c e rt a i n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N :   2252 - 8938   r     Op t i mi z a t i o n   s t u d y   o f   f u z z y   p a r a me t r i c   u n c e r t a i n   s y s t e ( T e j a l   D.   A p a l e )   15   pa r a m e t e r   c ons i de r e i s om e   r a nge .   I [ 2]   t he   de s i gn  of   P opov - Ly a p u n o v   s t a b i l i t y   m e t h o d   i s   d i s c u s s e d .   Th e   d e s i g n   o f   p a pe r   i s   a s   f ol l ow s ,   i s e c t i on  I I   r e pr e s e nt   t he   pr opos e m e t hodol ogy  i t ha t   w e   di s c us s   t he   α - cu t   f o r   f u zzy   p ar am et r i u n cer t ai n   s y s t em .   I n   s ect i o n   I I I   w s t u d y   t h C S T R   an d   ap p l y   t h p r o p o s ed   m et h o d   t o   fo s y s t e m   a n d   s t u d y   t h e   re s u l t .   In   s e c t i o n   IV   t h e   s t a bi l i t of   s ys t e m   by  a ppl yi ng  m e t hod  i s   c he c ke us i ng  kha r i t onov  pol ynom i a l   a nd  P opov - Ly p u n o v   m e t h o d   [ 2 ] .     I n   s e c t i o n   V   w e   e n d   t h e   p a p e r .       2.   PR O PO S E D   M E T H O D O L O G Y   2. 1.     α - cu t   s et   Fu z z y   p a r a m e t r i c   u n c e r t a i n   s y s t e m   i s   t h e   c o - or di na t e s   of   s ys t e m   de pe nd  on  pa r a m e te r s   r e p r e s e n te d   a s   fu z z y   m e m b e rs h i p   fu n c t i o n .   A   pa r a m e t r i c   unc e r t a i nt i s   pr e s e nt   w he s ys t e m   r e pr e s e nt   i m a t he m a t i c a l   m ode l   fo rm ,   w h i c h   i s   n o t   e x a c t l y   k n o w n .   H e re ,   t h e   u n c e rt a i n   p a ra m e t e rs   c a n   b e   d e fi n e d   i n - te r m s   o f   f u z z y   f u n c tio n     wi t h   m e m b e r s hi f unc t i on  = [ 0 , 1 ]     as   s h o w n   i n   F ig ur e   T he   i s   a   uni ve r s e   of   di s c our s e   fo r,   .T h e   m e m b e r s h ip   f u n c tio n s     ar h av i n g   s i n g l m o d an d   d ecr eas t o   t h i n t er v al   l as t   l i m i t .   T h u s ,   th e  f u z z y  u n c e r ta in  p a r a m e te r     wi t h   α - cu t   i s   g i v en   b y       = [ , ( ) ]   (1 )           Fi g u r e   1 .   α   c u t   f o r   f u z z y   u n c e r t a i n   p a r a m e t e r   p   ̃ _ i       Wh e r e   α is   th e   m e m b e r s h ip   h e ig h f o r   th e ,   al s o   .    is   a   g r o w in g   f u n c tio n   a n d   .   is   a   r e d u c in g   fu n c t i o n .   T h e re fo re ,     0 = 0 = 1 = =   (2 )     Th e   m e m b e r s h i p   v a l u e   α can   b t ak en   as   t h co n f i d en ce  d eg r ee  f o r m   t h at   w g et   t h n o m i n al   s y s t em .   T h v al u e   = 1   in d ic a te s  th e  p r e c is e  k n o w le d g e .     k e r   ( =   (3 )     Wh e r e a s   = 0 re p re s e n t s   m a x i m u m   u n c e rt a i n t y     s u p p   ( = [ , ]   (4 )     2. 2.     Op t i m a l   c o n t r o l l e r   d e s i g n   Co n si d e r   a   p l a n t   w i t h   u n c e r t a i n t y :     , , = . . . . . . . .   (5 )     Wh e r e a′   an d   p′ , =   0 ,   1 ,   2 ,   ··· ,   n - 1,   i nt e r pr e t e a s   f uz z f unc t i on.   I f   a   de gr e e   of   c onf i de nc e   α     [0 ,   1]   i th e   co ef f i ci en t s   i s   g i v en ,   t h en   i n   (5 c a n   b e   i n t e rp re t e d   a s   a n   i n t e rv a l   s y s t e m   a s :     , ( ) , ( ) = ( ) . . . . ( ) ( ) . . . . ( )   (6 )     Wh e r e   a ( )   an d   a ( ) , r  =  0 , 1 , 2 · · · , n - 1,   i nt e r pr e t e a s   f uz z f unc t i on.   T he   F P U   s ys t e m   i n   (6 c a n   b e   re p re s e n t   i n   s t a t e   s p a c e   c o n t ro l l a b l e   c a n o n i c a l   fo rm :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
        r               IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI   Vo l .   8 , N o 1,   M a r c h   201 9 :   14     25   16   = 0 1 0 0 0 1 + 0 0 1     = ( ) ( ) ( )   (7 )     Wh e r e   α     [0 ,   1] .   T he   s ys t e m   i ( 7)   r e pr e s e nt e a s     = +     = ( )   (8 )     Wh e r e       is   th e   p a r a m e tr ic   u n c e r ta in ty   v e c to r   in   te r m s   o f   α a n d   A B a n d   C   a r e   th e   s ta te   s p a c e   ma t r i c e s .   Th e   u n c e r t a i n t y   i n   s t a t e   m a t r i x   ( A )   r e p r e s e n t e d   b y   ( 8 )   i s   b a l a n c e d   w i t h   B ,   i f   t h i s   u n c e r t a i n t y   i s   i n   t h e   b o u n d   of   B .   N ow   a   nom i na l   va l ue ,    ( )   su c h   t h a t   ( A’   (  ),   B ’)  i s   s t a b l e .   A l s o ,   i t   i s   a s s u m e d   t h a t   fo a n y   ( )   th e r e  e x is ts  a   1 × m a t r i ( ( ) ) so   t h a t ,   w e   c a n   r e p r e se n t   t h e   u n c e r t a i n t y   i n   S t a t e   m a t r i x   ( A )   a s      = ′∅ ( ( ) )   (9 )     Wh e r e   ( ( ) )   is  b o u n d e d  a n d    ( ) is  th e  n o m in a l v a lu e  o f   ( )     =  + ′∅ ( ( ) )   (1 0 )     Fr o m   (1 0 t h e   (8 b e c o m e s ,     =  + ′∅ ( +   (1 1 )     is   s ta b le   f o r   a ll  ( )     fo a l l   α     [0 ,   1] .   R obus t   c ont r ol l e r   de s i gn  f or   t hi s   pr obl e m   i s   di f f i c ul t .   H e nc e   opt i m a l   co n t r o l l er   i s   d es i g n ed   f o r   F P U S   i n   ( 8 ) .   I f   t h s y s t em   i s   s t ab le   th e n   o n ly   w e   c a n   d e s ig n   L Q R   c o n tr o lle r T h e   sy st e m   i n   ( 9 )   i a l w a y c o n t r o l l a b l e ,   h e n c e   i t   i m p l i e t h a t   p a i r   A’   ( ( ) B’ i s   s t a b l e   fo e a c h   α     [0 ,   1]   LQ R   d e s i g n   Th e   p r o b l e m   c a n   b e   s o l v e d   u s i n g   LQ R   c o n t r o l l e r   w h i c h   c a n   b e   d e s i g n e d   a s :   Fo r   t h e   n o m i n a l   s y s t e m   c o r r e l a t e   t o   e a c h   α     [0 ,   1] .     =     (1 2 )     c o n t r o l   l a w,   u = - k*x’   w hi c r e duc e s   t he   c os t   f unc t i ona l     = ( + + )    (1 3 )     Wh e r e   F   i s   a n   u p p e r   b o u n d   o n   t h e   u n c e r t a i n t y   ( ( ) ) ( ( ) ) , th a t is , f o r  a ll  ( )      ∅′ ( ( ) ) ( ( ) )   (1 4 )     Th e   t h e o r e m   i n   ( 1 1 )   c a n   b e   u s e d   t o   d e s i g n   a n   o p t i m a l   c o n t r o l l e r   f o r   F P U S   i n   ( 8 ) .   W h e n   ( ( ) ) is  e n c lo s e d   th e  e x is te n c e  o f  th e  u p p e r  b o u n c e  o n  F  is  g u a r a n te e d . T h e  c o s t f u n c tio n  J   can   b w r i t t en   as     = ( + )    (1 5 )     Wh e r e   Q =   [ F + I ]   a n d   R =   [ 1 ] .   T h u s ,   i f   ( 1 4 )   s a t i s f i e d   t h e n   a n   o p t i m a l   c o n t r o l l e r   d e s i g n e d .   Er r o r   w e i g h t e d   m a t r i x     De s i g n   a   c o n t r o l l e r   f o r   α = 0   wh i c h   c o n s i s t   o f   m a x i m u m   a m b i g u i t y   t h a t   c o n t r o l l e r   s ta b iliz e s   th e   a ll  ot he r   s ys t e m   f or   di f f e r e nt   va l ue s   of   α .   Fo r   α   0 ,   t h e   p a r a m e t r i c   a m b i g u i t y   i s   d e s c r i b e d   b y [ ] f o r   0 ,   1,   2 ,   ··· ,   n     1.   C a l c ul a t e   t he   e r r or   w e i ght e m a t r i w hi c s a t i s f t he   c ondi t i on  i ( 14)     Co n s i d e r   t h e   n o m i n a l   v a l ue   a s ,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N :   2252 - 8938   r     Op t i mi z a t i o n   s t u d y   o f   f u z z y   p a r a me t r i c   u n c e r t a i n   s y s t e ( T e j a l   D.   A p a l e )   17    = [ . . . . ]     Ta k e   t h e   n o m i n a l   v a l u e ,      = [ . . . . ]     or   a ny  va l ue   i be t w e e [ T h e n   t h e   n o m i n a l   s y s t e m   o (8 i s   g i v e n   b y     = 0 1 0 0 0 1 + 0 0 1     Th e   u n c e r t a i n t y   c a n   b e   w r i t t e n   a s     0 1 0 0 0 1 = 0 0 1     He n c e   t h e   u n c e r t a i n t y   s a t i s f i e s   t h e   m a t c h i n g   c o n d i t i o n .   T h e   u n c e r t a i n t y   i s   g i v e n   b y     ∅′ = [ ]   (1 8 )     Wh i c h   i s   b o u n d e d   b y     ∅′ =   (1 9 )     Us i n g   F   o p t i m a l   c o n t r o l l e r   i s   d e s i g n e d   wh i c h   r e d u c e s   t h e   c o s t   f u n c t i o n   J .       3.   CAS E   S T UDY  CS T R     r e a l - tim e   e x p e r im e n ta s e tu p   f o r   h ig h ly   n o n lin e a r   ta n k   is   c o n s tr u c te d   sh o w n   i n   F i g u r e   2 D A C   is   us e t in te r f a c e   C S T R   w ith   th e   P e r s o n a C o m p u te r   ( P C ) T h e   o v e r a ll  s y s te m   c o n s is ts   o f   a   ta n k p u m p Ro t a m e t e r ,   RT D ,   an   el ect r o - pne um a t i c   c onve r t e r   ( I / P   c onve r t e r ) ,   a   pne um a t i c   c ont r ol   va l ve ,   a i nt e r f a c i ng  DAC   m o d u l e   a n d   a   P e r s o n a l   C o m p u t e r   ( P C ) .   T h e   d i f f e r e n t i a l   pr e s s ur e   t r a ns m i t t e r   out put   i s   i nt e r f a c e w i t t he   co m p u t er   u s i n g   D A C   m o d u l i n   t h R S - 232  por t   of   t he   P C .   F i gur e   s how s   t he   bl oc di a gr a m   of   a   C S T R   t a nk  in te r f a c e d   w ith   P C T h e   p n e u m a tic   c o n tr o v a lv e   u s e s   a ir   a s   a n   in p u a n d   a d ju s ts   th e   f lo w   o f   th e   w a t er   p u m p ed   to   th e   C S T R   ja c k e f r o m   c o ld   w a te r   ta n k T h is   f lo w   m a in ta in s   th e   te m p e r a tu r e   in s id e   th e   ta n k   a th e   de s i r e va l ue .   Th e   t e m p e r a t u r e   o f   t h e   l i q u i d   i n s i d e   t h e   t a n k   i s   m e a s u r e d   w i t h   t h e   h e l p   o f   R TD   a n i s   t r a ns m i t t e in   th e   f o r m   o f   (4 - 20)   m A   t t he   i nt e r f a c i ng  D A C   m odul e   w i t t he   he l of   t e m pe r a t ur e   t r a ns m i t t e r   t t he   Pe r s o n a l   C o m p u t e r   ( PC ) .           Fi g u r e   2 Ex p e r i m e n t a l   s e t u p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
        r               IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI   Vo l .   8 , N o 1,   M a r c h   201 9 :   14     25   18       Fi g u r e   3 .   Bl o c k   d i a g r a m   o f   CS T R       In   F i g u re   t he   bl oc di a gr a m   f or   C S T R   gi ve s   i t ha t   w e   s e e   t he   t hr e e   r e gi ons   f i r s t   co m p u t er   i n   t h at   we   d e s i g n   a   c o n t r o l l e r   wh i c h   c o n n e c t   t o   t h e   s y s t e m   t h r o u g h   t h e   d a t a   a c q u i s i t i o n   s y s t e m ,   t h i r d   i s   p r o c e s s   f l o w.   Af t e r   c a l c u l a t i n g   t h e   c o n t r o l   a l g o r i t h m   i n   t h e   P C ,   r e q u i r e d   c o n t r o l   s i g n a l   i n   t h e   f o r m   o f   c u r r e n t   s i g n a l   ( 4 - 20)   mA   i s   t r a n s mi t t e t t he   I / P   c onve r t e r ,   w hi c pa s s e s   t he   a i r   s i gna l   t . ope r a t e   by  t hi s   s i gna l   t pr oduc e   t he   re q u i re d   fl o w   o w a t e i n   a n d   o u t   o t h e   t a n k .     Ca l c u l a t i o n   o f   T F :   Fo r   c a l c u l a t i n g   T r a n s f e r   f u n c t i o n   o f   C ST R   c o o l i n g   p r o c e s s ,   t h e   s t e p   r e s p o n s e   i s   t a k e n   i n t o   co n s i d er at i o n .   Th e   t r a n s f e r   f u n c t i o n   i s   c a l c u l a t e d   b y   u s i n g   p r o c e s s   r e a c t i o n   c u r v e .   Th e   p r o c e s s   h a s   v e r y   l a r g e   d e a d   t i m e   a n d   is  h ig h ly  d a m p e d . T h e r e f o r e , th e  s te p  r e s p o n s e  c a n  b e  f itte d  in to  a  s im p le  f ir s t - or de r   m ode l   w i t de a d - tim e .     G = A ′e τ s + 1     Wh e re ,   A = P ro c e s s   g a i n ,   θ   =D e a d - tim e τ =T i m e   c o n s t a n t   T h e r e f o r e ,   t h e   t r a n s f e r   f u n c t i o n   o f   t h e   p r o c e s s   i s   gi ve by     = 0 . 12 3 + 1     Th e   Tr a n s f e r   F u n c t i o n   o f   V a l v e   i s     = 0 . 112 0 . 8 + 1     By   u s i n g   P a d e s   a p p r o x i m a t i o n   t h e   s e c o n d   o r d e r   t r a n s f e r   fu n c t i o n   i s   c a l c u l a t e d   a s     = 0 . 12 + 0 . 12 3 + 4 + 1     Th e   s t a t e   s p a c e   m a t r i c e s   a r e   g i v e n   a s     = 1 . 33 0 . 667 0 . 5 0          = 0 . 25 0   = 0 . 16 0 . 32             [ 0 ]       Si m ul i nk   de s i gn:   `   3. 1.     P r op os e d   T e c h n i q u e   Sy s t e m   t r a n s f e r   f u n c t i o n      = 0 . 0056 + 1 . 583 + 0 . 417     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N :   2252 - 8938   r     Op t i mi z a t i o n   s t u d y   o f   f u z z y   p a r a me t r i c   u n c e r t a i n   s y s t e ( T e j a l   D.   A p a l e )   19   Co n s i d e r   t w o   u n c e r t a i n   p a r a m e t e r s   w h i c h   r e p r e s e n t   i n   f u z z y   n o .   a s   f i r s t   a = t r i   ( 0 . 0 3   0 . 0 5   0 . 0 7 )   a n d   se c o n d   i b = t r i   ( 1 . 2   1 . 5   1 . 7 )   a n d   c = t r i   ( 0 . 2   0 . 4   0 . 6 ) .   T h e   α cu t   f o r   t h i s   i s   a=   [ ( 0 . 0 2 α +0 . 0 3 ) ,   ( 0 . 0 7 - 0. 02 α )]  b =   [(0 . 2 α +1 . 2 ) ,   ( 1 . 7 - 0. 2 α )],   a n d   c =   [(0 . 2 α +0 . 2 ) ,   ( 0 . 6 - 0. 2 α )].   F o d i ffe re n t   v a l u e s   o α   th e   v a lu e s   o f   a b c   ar g i v en   in  ta b le       Ta b l e   1 .   α cu t   s et   α   0   α   0 . 25   α   0 . 5   α   0 . 75   α   1   [0 . 0 3   0 . 0 7 ]   [0 . 0 3 5   0 . 0 6 5 ]   [0 . 0 4   0 . 0 6 ]   [0 . 0 4 5   0 . 0 5 5 ]   [0 . 0 5   0 . 0 5 ]   [1 . 2   1 . 7 ]   [1 . 2 5   1 . 7 5 ]   [1 . 3   1. 6]   [1 . 3 5   1 . 5 5 ]   [1 . 4   1 . 4 ]   [0 . 2   0 . 6 ]   [0 . 2 5   0 . 5 5 ]   [0 . 3   0 . 5 ]   [0 . 3 5   0 . 4 5 ]   [0 . 4   0 . 4 ]       Fe e d b a c k   g a i n   m a t r i x :   K [ 0 . 8 9 5 4   0 . 9 1 6 8 ]     Th e   c l o s e d   l o o p   c h a r a c t e r i s t i c   Eq u a t i o n   f o r   α   0 :     [1 . 1168 ,   1. 5168]   +   [ 2 . 095 ,   2. 59]   s 0     Kh a r i t o n o v   p o l y n o m i a l s   a r e :     K’ 1 . 5168  +   2 . 59 s 2     K’ 1 . 5168  +   2 . 095 s 2     K’ 1 . 1168  +   2 . 095 s 2     K’ 1 . 1168  +   2 . 59 s 2     St e p   R e s p o n s e   f o r   d i f f e r e n t   v a l u e s   o f   α     [0 ,   1]           Fi g u r e   4 St e p   R e s pons e   of   s t a t e s   f or   di f f e r e nt   va l ue s   of   α       Fi g u r e   5 . S te p  R e s p o n s e  o f   st a t e f o r   di f f e r e nt   va l ue s   of   α       In   F i g u re   4   a n d   F ig ur e   s how s   t he   s t a t e   r e s pons e   f or   di f f e r e nt   va l ue s   of   α .   I t ha t ,   t he   r e s pons e   f or   α = gi ve s   th e  s ta b le  r e s p o n s e  f o r  o th e r  v a lu e s   α .   In   F ig ur e   t he   bode   pl ot   f or   i nt e r va l   pl a nt   i s   s how n.   Bo d e   p l o t   fo i n t e rv a l   p l a n t :       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
        r               IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI   Vo l .   8 , N o 1,   M a r c h   201 9 :   14     25   20       Fi g u r e   6 .   Bo d e   p l o t       Al g o r i t h m s :           Fi g u r e   7 Fl o w c h a r t   f o r   J A Y A   a l g o r i t h m           Fi g u r e   8 Fl o w c h a r t   f o r   G A   a l g o r i t h m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N :   2252 - 8938   r     Op t i mi z a t i o n   s t u d y   o f   f u z z y   p a r a me t r i c   u n c e r t a i n   s y s t e ( T e j a l   D.   A p a l e )   21         Fi g u r e   9 Fl o w c h a r t   f o r   T L B O   a l g o r i t h m           Fi g u r e   1 0 .   Fl o w c h a r t   f o r   PSO   a l g o r i t h m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
        r               IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI   Vo l .   8 , N o 1,   M a r c h   201 9 :   14     25   22       Fi g u r e   1 1 Fl o w c h a r t   fo A B C   a l g o ri t h m       To   a v o i d   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   a s   t o o   r e d u n d a n t   o r   t o o   s e p a r a t e   w e   u s e   t h i s   a l g o r i t h m s   f o r   opt i m i z a t i on.   F uz z J A Y A   gi ve s   be s t   r e s ul t   a m ong  a l l   t hi s   a l gor i t hm s   na m e l G A ,   T L B O ,   A B C ,   P S O .           Fi g u r e   1 2 .   co m p ar at i v r es u l t s   b y   u s i n g   d i f f er en t   al g o r i t h m s       Ta b l e   2 .   Co m p a r a t i v e   P a r a m e t e r s   w i t h   d i f f e r e n t   a l g o r i t h m s   Al g o r i t h m s   Ri s e   T i m e   Se t t l i n g   T i m e   Ov e r s h o o t   Pe a k     IS E   JA Y A   1. 9947   4. 5821e + 03   1. 0207e + 04   18. 0752   381. 2   GA   0. 3289   5. 0521e + 03   2. 8753e + 04   9. 9626   415. 7   TLB O   1. 0061   5. 1323e + 03   1. 5342e + 05   10. 8502   475. 7   AB C   1. 4707   5. 5821e + 03   1. 8207e + 04   18. 0752   475. 7   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N :   2252 - 8938   r     Op t i mi z a t i o n   s t u d y   o f   f u z z y   p a r a me t r i c   u n c e r t a i n   s y s t e ( T e j a l   D.   A p a l e )   23   PSO   1. 4707   5. 5691e + 03   1. 8207e + 04   10. 5219   345. 7   3. 2.     H ar d w ar e   R e s u l t   Fo r   t h i s ,   w e   h a v e   c o n s i d e r e d   t h e   e r r o r   a s   0 - i . e .   t he   di f f e r e nc e   be t w e e t he   s e t poi nt   a nd  t he   a c t ua l   va l ue   i s   0 - a nd  c ont r ol   a c t i on  i s   t a ke be t w e e 0 - 100.           F ig u r e  1 3 .   Ha r d wa r e   R e s u l t       Th e   f i g u r e .   9   s h o w s   t h e   r e s p o n s e   f o r   t h e   r e a l - tim e   s y s te m I n   th is w e   s e e   th a th e   s e p o in is   tr a c k e d   by  t he   a c t ua l   t e m pe r a t ur e   va l ue .   A l s a t   t he   s a m e   t i m e   c ont r ol   a c t i on  is  a ls o  p lo tte d .       4.   ST A B I L I T Y   A N A L Y SI S   4. 1.     K h ar i t on ov  T h e or e m     Co n s i d e r   a   f a m i l y   n   o f   r e a l   r a t i o n a l   p o l y n o m i a l s     ( ) = + +.   .   .   .   .   .   + +   (2 0 )     Th i s   p o l y n o m i a l   f a m i l y   i s   c a l l e d   t h e   f a m i l y   o f   u n c e r t a i n   o r   i n t e r v a l   p o l y n o m i a l .     x     y i,   wh e r e ,   i = 0 ,   1 ,   2 ,   · · · ,   n .     In   a c c o rd a n c e   w i t h   K h a ri t o n o v   t h e o re m   e v e ry   p o l y n o m i a l   i n   t h e   fa m i l y   ( s i s   H u rw i t z   i a n d   o n l y   i t h e   fo l l o w i n g   fo u e x t re m e   p o l y n o m i a l s   a re   H u rw i t z   [3 ] .     = + + + +     = + + + +     = + + + +     = + + + +     To   a p p l y   t h i s   t h e o r e m ,   w e   n e e d   c o n s i d e r   s o m e   r a n g e   a n d   f o r   f u z z y   p a r a m e t r i c   u n c e r t a i n   s y s t e m   w e   c o n s i d e r   unc e r t a i pa r a m e t e r   i t he   f or m   s om e   r a nge .       4. 2.     Po p o v - Ly a p u n o v   Me t h o d   Th e   st a b i l i t y   o f   f u z z y   c o n t r o l   sy st e m   i c h e c k e d   b y   P o p o v - Ly a p u n o v   a p p r o a c h   [ 2 ] .   I n   o r d e r   t o   d o   t h i s ,   we   t r a n s f o r m   t h e   f u z z y   s y s t e m   i n t o   L u r e   s y s t e m   wi t h   u n c e r t a i n t y .   Af t e r   t h a t   L y a p u n o v   d i r e c t   m e t h o d   i s   u s e d   to   g u a r a n te e   th e   s ta b ility   th a n   th e   r o b u s tn e s s   m e a s ur e m e nt   w hi c gi ve s   t he   bound  on  a l l ow a bl e   unc e r t a i nt y.   Th e   a l l o w a b l e   b o u n d s   c a n   h e l p   u s   t o   e s t i m a t e   t h e   r o b u s t   s t a b i l i t y   o f   f u z z y   c o n t r o l   s y s t e m .   Th e   d y n a m i c   Eq u a t i o n   o f   t h e   s y s t e m   i s     = 0 1 0 . 417 1 . 583 + 0 1     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.