İntegratörlü ve kararsız süreçler için maksimum hassasiyet kullanarak I-PD denetleyici tasarımı

Abstract

Kontrol mühendisliğinde, sistemlerin istenilen şekilde çalışması için çoğu zaman bir denetleyici ile kontrol edilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu denetleyicilerden en yaygın olanı PID tip denetleyicilerdir. PID tip denetleyicilerin ayar parametrelerinin kontrol edilecek sistem için uygun seçilmesi gerekmektedir. Günlük yaşamda çok farklı türden sistemler olduğundan her birinin denetiminde kullanılacak olan PID denetleyici ayar parametrelerinin hesaplanmasında farklı stratejiler ve algoritmalar gerekmektedir. İntegratörlü ve kararsız sistemlerin kontrolü diğer sistemlere göre nispeten daha zordur. Bu zorluğu aşabilmek için PID tip denetleyicinin bazen yapısının değiştirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında kararsız ve saf integratörlü sistemlerin I-PD tip denetleyici ile kontrol edilmesi gerçekleştirilmiştir. I-PD denetleyici, kararsız ya da saf integratörlü sistemlerin kontrolünde PID tipi denetleyicilere göre daha iyi bir başarım gösteren bir denetleyici türüdür. Yapılan bu yüksek lisans tez çalışmasında, kararsız ve integratörlü sistemler tanıtılmış ve sistemlere ait düşük dereceli transfer fonksiyonları kullanılarak I-PD denetleyicinin ayar parametreleri uygun Ms değerlerini verecek şekilde türetilen denklemlerden elde edilmiştir. İntegratörlü ve kararsız sistemlerin sırası ile saf integratörlü artı zaman gecikmeli ve birinci derecede kararsız artı zaman gecikmeli transfer fonksiyonu modelleri kullanılarak I-PD denetleyici ayar parametreleri hesaplanmıştır. Elde edilen denklemlerin, integratörlü ve kararsız süreçlerin denetimindeki performansını inceleyebilmek için Matlab Simulink programında kapalı döngü benzetim sonuçları verilmiştir. Literatürde var olan çalışmaların sonuçları ile önerilen yöntemin sonuçları karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalarda kullanılan denetleyici tasarımları ile önerilen I-PD denetleyici tasarımının performanslarını karşılaştırabilmek için bazı performans indeksleri (TV, ITAE, OS, Gm, Pm ve Ms) hesaplanmıştır. İntegratörlü ve kararsız süreçler için uygun modellerin elde edilebilmesi sonucunda, bu çalışmada önerilen I-PD denetleyici tasarımın literatürde bulunan mevcut PID, I-PD ve PI-PD denetleyici tasarımlarına göre daha tatmin edici bir performans sağladığı tespit edilmiştir.

In control engineering, systems often need to be controlled by a controller in order to operate as desired. The most common of these controllers are PID type controllers. The tuning parameters of PID type controllers must be selected appropriately for the system to be controlled. Integrating and unstable systems are relatively more difficult to control than others. In order to overcome this difficulty, the structure of the PID type controller sometimes needs to be changed. In this thesis, unstable and pure integrator systems are controlled with an I-PD type controller. I-PD controllers perform better than PID controllers in the control of unstable or integrating systems. In this master's thesis, unstable and integrating systems are introduced, and the setting parameters of the I-PD controller are obtained from equations derived to give the appropriate Ms values by using low order transfer functions of the systems. The tuning parameters of the I-PD controller are calculated by using the pure integrator plus time delay and first order unstable plus time delay transfer function models of integrating and unstable systems, respectively. In order to examine the performance of obtained equations in the control of integrating and unstable process, closed loop simulation results are given in the Matlab Simulink Program. The results of the existing studies in the literature and the results of the proposed method were compared. In order to compare the performance of the existing controller designs and the proposed I-PD controller design, some performance indexes (TV, ITAE, OS, Gm, Pm and Ms) were calculated. As a result of obtaining suitable models for integrating and unstable processes, it has been determined that the proposed I-PD controller design in this thesis provides a more satisfactory performance than the existing PID, I-PD and PI-PD controller designs in the literature.