Doğadan esinlenen optimizasyon algoritmaları kullanarak top dengeleme düzeneği için PID tabanlı optimal kontrolcü tasarımı
PID-based optimal controller design for ball balance using nature-inspired optimization algorithms
Yazar: MAHMUT GÖKHAN TURGUT
Danışman: DOÇ. DR. ÖKKEŞ TOLGA ALTINÖZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: PID = PID

Özet:
Günümüzde kullanılan sistemler genel olarak karmaşık ve doğrusal olmayan sistemlerdir. Bu sistemler üzerinde denemeler yapmak zor, tehlikeli ve maliyetli olabilmektedir. Bu tür sistemleri kontrol edebilmek hala önemli bir çalışma alanıdır. Bu sistemlerin kontrolü için benzer veya daha karmaşık sistemler kullanılmaktadır. Deneysel sistemler ile karmaşık ve doğrusal olmayan sistemler üzerinde daha güvenli ve maliyetsiz olarak çalışmalar yapılabilmektedir. Top dengeleme düzeneği de bu deneysel düzeneklerden biridir. Topun konumu iki eksende değişmektedir, bu sebeple sistem iki serbestlik dereceli (2-Dof) sistem olarak adlandırılır. İki boyutlu bir tablada serbest halde hareket edebilen bir topun pozisyonunu, istenilen pozisyona ulaştırmak için eyleyicileri (servo motorlar) kontrol etmek gerekmektedir. Topun konumu tablanın açısına göre değişir. Top dengeleme düzeneğinde önceden belirlenmiş bir sınır içerisinde topu tablada tutmak amaçlanır. Tablanın açısını ise eyleyiciler değiştirmektedir. Topu istenilen konuma getirebilmek için servo motorların kontrol edilmesi gerekmektedir. Bu sebeple, sistemin matematiksel modeli oluşturulduktan sonra kontrolcü kullanılması gerekmektedir. Bu tez kapsamında kullanılan kontrolcüler şu şekildedir, PID, PIDC, PIDA, 2-Dof PID, Bulanık-PID. Kontrolcülerin parametrelerini bulmak için optimizasyon algoritmaları kullanılmıştır. Kullanılan optimizasyon algoritmaları şu şekildedir, Ateşböceği Algoritma (FA), Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO), Arılar Algoritması (BA), Yabani Ot Optimizasyonu (IWO), Yapay arı kolonisi (ABC). Kontrolcüler öncelikle bilgisayar ortamında benzetim çalışmaları üzerinden tasarlanmıştır, daha sonra düzenek üzerinde uygulaması yapılmıştır.

Abstract:
The systems used today are generally complex and nonlinear systems. Experimenting on these systems can be difficult, dangerous and costly. Being able to control such systems is still an important area of study. Similar or more complex systems are used to control these systems. With experimental systems, it is possible to work on complex and nonlinear systems more safely and cost-effectively. Ball balancing mechanism is one of these experimental setups. The position of the ball changes in two axes, so the system is called a two-degree-of-freedom (2-Dof) system. It is necessary to control the actuators (servo motors) to bring the position of a ball that can move freely on a two-dimensional table to the desired position. The position of the ball changes according to the angle of the table. In the ball balancing mechanism, it is aimed to keep the ball on the table within a predetermined limit. Actuators change the angle of the table. In order to bring the ball to the desired position, servo motors have to be controlled. For this reason, after the mathematical model of the system has been created, a controller should be used. The controllers used in this thesis are as follows: PID, PIDC, PIDA, 2-Dof PID, Fuzzy-PID. Optimization algorithms are used to finding the parameters of the controllers. The optimization algorithms used are as follows: Firefly Algorithm (FA), Particle Swarm Optimization (PSO), Bees Algorithm (BA), Weed Optimization (IWO), Artificial bee colony (ABC). Controllers were first designed through simulation studies in the computer environment, then the application was made on the mechanism.