Este trabajo presenta un enfoque innovador que une un controlador PIDNDN y el algoritmo de optimización aritmética equilibrada (b-AOA) para mejorar la estabilidad de un sistema regulador de voltaje automático (AVR). El controlador PIDNDN, diseñado para precisión, estabilidad y capacidad de respuesta, mitiga las limitaciones de los métodos convencionales. El optimizador b-AOA se obtiene mediante la integración de la búsqueda de patrones y estrategias de aprendizaje basadas en oposición élite en el algoritmo de optimización aritmética. Esta integración optimiza los parámetros del controlador y la respuesta del sistema AVR, armonizando la exploración y la explotación. Evaluaciones extensas, incluidas evaluaciones en 23 funciones de referencia clásicas, demuestran la eficacia del b-AOA. Logra soluciones precisas de manera consistente, muestra robustez para abordar una amplia gama de problemas de optimización y se destaca como una elección prometedora para diversas aplicaciones. En cuanto al sistema AVR, los análisis comparativos destacan la superioridad del enfoque propuesto en las características de respuesta transitoria, con los tiempos de subida y de establecimiento más cortos y sin sobrepaso. Además, el enfoque b-AOA sobresale en la respuesta en frecuencia, garantizando una estabilidad robusta y un ancho de banda más amplio. Además, el enfoque propuesto se compara con varios métodos de control de vanguardia para el sistema AVR, mostrando un rendimiento impresionante. Estos resultados subrayan la importancia de este trabajo, estableciendo un nuevo punto de referencia para el control AVR al avanzar en la estabilidad, capacidad de respuesta y confiabilidad en los sistemas de energía.