Giriş çıkış modeline dayalı röle ile kayan kipli denetim
Relay sliding mode control based on the input output model
Yazar: ŞÖLEN KUMBAY YILDIZ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN DEMİRCİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Sistem yapısı veya değişen çalışma koşullarından kaynaklı belirsizlikler, parametre değişiklikleri ve bozucu etkiler denetim uygulamalarında sıkça karşılaşılan sorunların başında yer alır. Kayan kipli denetim (KKD) bu koşullar altında dahi denetim başarımını hedeflenen düzeyde tutabilmek amacıyla geliştirilen gürbüz denetim yöntemlerinden biridir.
KKD'in elde edilebildiği yapılardan biri de röleli sistemlerdir. Röle elemanının kayan kipte çalışması sağlanarak parametre değişiklikleri ve gürültü gibi bozucu etkenlere karşı gürbüz bir sistem elde edilmesi amaçlanır. Geleneksel olarak durum uzayında tanımlanan KKD yöntemi, röle denetimli sistemler için giriş çıkış modeli esas alınarak tanımlanabilir. Böylece, yöntemin uygulanabilmesi için sistem durumlarının bilinmesine gerek kalmadan, yalnızca çıkış sinyali kullanılarak röleli sistemlerde kayan kipli denetim gerçekleştirilebilmektedir.
Bu tez çalışmasında, ilk olarak daha önce tek girişli tek çıkışlı sistemler için ele alınan giriş çıkış modeline dayalı röle ile KKD (GÇ-RKKD) yöntemi üzerinde yeniden durulmuş; yöntemin  en küçük evreli olmayan sistemlerin denetimi,  bakışımlı olmayan röle, bozucular ve gürültünün kayan kip koşulları üzerindeki etkileri gibi eksik kalan yönleri ayrıntılı olarak incelenmiş ve analiz edilmiştir.
Çalışmanın bir sonraki aşamasında GÇ-RKKD yöntemi çokdeğişkenli sistemlere genişletilmiştir. Bu doğrultuda önce daha basit olan çokdöngülü yapılar üzerinde durulmuş, ardından çokdeğişkenli sistemler genel olarak ele alınmıştır. Bu sistemler için kayan kip koşullarının türetilmesine yer verilmiş, ideal olmayan çalışma koşulları ve bakışımlı olamayan röle elemanlarının kayan kip koşullarını nasıl etkilediği incelenmiştir. Çokdöngülü ve çokdeğişkenli yapılar karmaşıklık, uygulama zorluğu ve denetim başarımı yönünden karşılaştırılmıştır. 
Son olarak elde edilen sonuçlar benzetim çalışmaları ve gerçek zamanlı uygulamalar ile desteklenmiştir. Uygulamalarda kullanılan sistem ardışık bağlı üç adet gözden oluşan bir su tankı sistemidir. Su tankı sistemi, hem tek girişli tek çıkışlı, hem de çokdeğişkenli olarak ayarlanmış ve GÇ-RKKD yöntemleri kullanılarak gözlerdeki su seviyesi denetlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Kayan kipli denetim (KKD), röleli denetim, gürbüz denetim,
çok döngülü denetim, çokdeğişkenli denetim, çokdeğişkenli sistemlerin denetimi, giriş
çıkış modeline dayalı röle ile KKD (GÇ-RKKD)

Abstract:
Uncertainties, parameter changes and disturbances caused by the system structure and/or changing operating conditions lie among the most frequently encountered problems in practical control applications. Sliding mode control (SMC) is one of the robust control methods, developed to provide a certain control performance under such circumstances.
SMC can also be obtained in relay control systems. The aim is to obtain an overall system that is robust to disturbances, noise and parameter changes by forcing the relay element to operate in sliding mode. While SMC methods have been traditionally developed in state-space; in relay control systems, it is possible to define SMC based on the input-output model of a system. In this way, sliding motion can be achieved by only utilizing the output signal, without the need to know or measure the system states.
In the first part of this study, the relay sliding mode control method based on the input-output model (RSMC-IO), which has been previously designed for single-input single-output (SISO) systems, is revisited.  And some issues that have not been addressed previously such as control of non-minimum phase systems, the effects of non-symmetric relay, disturbances and measurment noise on the sliding mode conditions have been examined and analysed in detail.
In the second part of the study, the RSMC-IO method is extended to multivariable systems. Firstly, the simpler multi-loop structure is examined and then multivariable systems in general are taken into consideration. Sliding mode conditions for these systems are derived, and the effects of non-ideal operating conditions and the use of non-symmetrical relays on these conditions are investigated. Multi-loop and multivariable approaches are compared with each other regarding complexity, application difficulty and control performance. 
Finally, the theoretical results are put to test by simulations and real-time applications. The system used in the applications is a water tank system which consists of three cascaded tanks. The water tank is arranged to represent a single-input single-output and a multivariable system and the water levels in the tanks are controlled by using the RSMC-IO methods.

Keywords: Sliding mode control (SMC), relay control, robust control, multi-loop
control, multivariable control, control of multivariable systems, relay sliding mode
control based on the input output model (RSMC-IO)