Simulink destekli model-tabanlı biyoproses kontrol
Simulink aided model-based bioprocess control
Yazar: MESUT YÜCEL
Danışman: PROF. DR. MURAT ELİBOL ; PROF. DR. RABENO KURYEL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Bu tezde, proseslerin matematiksel modellerinden yola çıkarak kontrol sistemlerinin tasarlanmasını mümkün kılan bir algoritma olarak Dahili Model Kontrol (DMK) algoritması ile modelleri belirli biyoproseslerin kontrol sistemleri tasarlanmış ve tasarlanan kontrol sistemleri yanıtın hızı, sıçrama miktarı ve ofset gibi performans ölçütlerine göre ayarlanmıştır. Tasarlanan kontrolörler PID cinsinden ifade edilmiştir. Modele dayalı DMK kontrolör tasarımı ve PID karşılıklarının bulunması için IMCTUNE ve tasarlanan kontrol sistemlerinin yanıtlarının incelenmesi için Simulink programı kullanılmıştır.DMK tasarım metodunda ilk aşama proses modelinin belirlenmesidir. Proses modelinin belirlenmesinin ardından bozucu değişkenin prosesi nasıl etkilediğine bağlı olarak 1- veya 2-serbestlik dereceli (SD) DMK sistemlerinden biri seçilir. Eğer kontrol etkinliği üzerinde herhangi bir kısıt söz konusu ise bu durumda 1- veya 2-SD DMK'nın Model Durum Geribeslemeli uygulaması kullanılır. Eğer proses modelleri belirsizlik içeriyorsa, belirsiz prosesler için geliştirilmiş 1- veya 2-SD DMK sentezleme ve ayarlama algoritması kullanılır. Proses için en uygun algoritmanın seçilmesi ve uygulanmasının sonucunda bu prosesin kontrolü için DMK kontrolör tasarlanmış olur. Tasarlanan ve filtre zaman sabitinin bir fonksiyonu olan bu kontrolör performans ölçütlerine göre ayarlanır.Endüstriyel uygulamalardaki kontrol sistemleri genel olarak PID kontrolörleri içermektedir. Bu nedenle, herhangi bir algoritmayla tasarlanan kontrolörün PID'ye dönüştürülebilir olması önemlidir. Bu tez kapsamında bir DMK kontrolörün PID kontrolöre nasıl dönüştürülebileceği de tartışılmıştır.Anahtar sözcükler: DMK, biyoproses kontrol, IMCTUNE, Simulink.

Abstract:
In this thesis, the control systems for the bioprocesses with defined process models were designed by the control algorithm of Internal Model Control (IMC) that enables designing of control systems based on mathematical models of processes. Designed control systems were then tuned to satisfy the performance criteria such as speed of response, overshoot and steady-state error (offset). For the design of the IMC controllers and converting them to PID controllers the IMCTUNE software was used. The behaviour of the designed control systems was simulated and investigated by the Simulink software.The first step in the IMC design algorithm is to define the process model. After the model definition, 1- or 2-degree of freedom IMC control system is chosen according to dynamics of the disturbance. If there is any constraint on the control effort, then Model State Feedback realization of 1- or 2-DF IMC must be implemented. If process models contain some uncertain parameters, then 1- or 2-DF IMC synthesis and tuning algorithm for uncertain processes must be used. Choosing and implementing the most suitable control algorithm for any process gives IMC controller for this process to be controlled with IMC control system. This IMC controller that is a function of filter time constant is then tuned to satisfy the performance criteria of control systems.Control systems in the industrial applications are still based on PID controllers. Therefore, the convertibility of a controller designed with any algorithm to a PID controller is important. How an IMC controller can be converted into a PID controller was also discussed in this thesis? scope.Keywords: IMC, bioprocess control, IMCTUNE, Simulink.