Araştırma Makalesi

Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart

Cilt: 42 Sayı: 2 18 Temmuz 2026
PDF İndir
EN TR

Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart

Öz

This study investigates the tuning of a Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative (FOPID) controller for a cart–inverted pendulum system, which is an inherently nonlinear and unstable system requiring simultaneous stabilization of the pendulum angle and regulation of the cart position. Although various optimization methods have been widely employed in the literature for this problem, the performance of the Slime Mould Algorithm (SMA) in the context of inverted pendulum control has not been sufficiently investigated. Motivated by this gap, the five parameters of the controller were determined using SMA, Grey Wolf Optimization (GWO), and Artificial Hummingbird Algorithm (AHA), and all methods were comparatively evaluated under identical simulation conditions based on the Integral Time Absolute Error (ITAE) criterion. The obtained results demonstrate that the SMA-based design yields lower ITAE variability and higher repeatability compared to the other methods. The corresponding closed-loop responses also exhibit less oscillatory angle and position behavior. These findings indicate that SMA provides a more reliable and consistent FOPID tuning performance than GWO and AHA for the considered inverted pendulum problem.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. [1] Liu, Y. & Yu, H. (2013). A survey of underactuated mechanical systems. IET Control Theory and Applications, 7(7), 921–935.
  2. [2] Furuta, K. (2003). Control of pendulum: From super mechano-system to human adaptive mechatronics. Proceedings of the 42nd IEEE International Conference on Decision and Control, Maui, HI, USA, 149–156.
  3. [3] Li, Q. R., Tao, W. H., Sun, N., Zhang, C. Y. & Yao, L. H. (2008). Stabilization control of double inverted pendulum system. Proceedings of the 3rd International Conference on Innovative Computing, Information and Control, Dalian, China, 1–6.
  4. [4] Åström, K. J. & Furuta, K. (2000). Swinging up a pendulum by energy control. Automatica, 36(2), 287–295.
  5. [5] Yoshida, K. (1999). Swing-up control of an inverted pendulum by energy-based methods. Proceedings of the American Control Conference, San Diego, CA, USA, 4045–4049.
  6. [6] Mason, P., Broucke, M. & Piccoli, B. (2008). Time optimal swing-up of the planar pendulum. IEEE Transactions on Automatic Control, 53(8), 1876–1886.
  7. [7] Tao, C. W., Taur, J. S., Hsieh, T. W. & Tsai, C. L. (2008). Design of a fuzzy controller with fuzzy swing-up and parallel distributed pole assignment schemes for an inverted pendulum and cart system. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 16(6), 1277–1288.
  8. [8] Shahnazi, R. & Akbarzadeh-T, M. R. (2008). PI adaptive fuzzy control with large and fast disturbance rejection for a class of uncertain nonlinear systems. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 16(1), 187–197.

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Elektrik Mühendisliği (Diğer)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

18 Temmuz 2026

Gönderilme Tarihi

24 Nisan 2026

Kabul Tarihi

6 Temmuz 2026

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2026 Cilt: 42 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA
Türktam, M., Soylu, S., & Zorlu, H. (2026). Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 42(2). https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1937198
AMA
1.Türktam M, Soylu S, Zorlu H. Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2026;42(2). doi:10.65520/erciyesfen.1937198
Chicago
Türktam, Merve, Selim Soylu, ve Hasan Zorlu. 2026. “Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 42 (2). https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1937198.
EndNote
Türktam M, Soylu S, Zorlu H (01 Temmuz 2026) Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 42 2
IEEE
[1]M. Türktam, S. Soylu, ve H. Zorlu, “Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 42, sy 2, Tem. 2026, doi: 10.65520/erciyesfen.1937198.
ISNAD
Türktam, Merve - Soylu, Selim - Zorlu, Hasan. “Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 42/2 (01 Temmuz 2026). https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1937198.
JAMA
1.Türktam M, Soylu S, Zorlu H. Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2026;42. doi:10.65520/erciyesfen.1937198.
MLA
Türktam, Merve, vd. “Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 42, sy 2, Temmuz 2026, doi:10.65520/erciyesfen.1937198.
Vancouver
1.Merve Türktam, Selim Soylu, Hasan Zorlu. Comparative Performance Analysis of an SMA-Optimized FOPID Controller for an Inverted Pendulum on a Cart. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 01 Temmuz 2026;42(2). doi:10.65520/erciyesfen.1937198

✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.