Düşürücü tip bir DA-DA dönüştürücünün sistem tanımlama yöntemiyle tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of the buck converter with the system identification method
Yazar: NURULLAH BOZKURT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DAVUT SEVİM
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dönüştürücüler = Transformers ; Matlab = Matlab ; Sistem tanıma = System identification ; Transfer fonksiyonları = Transfer functions

Özet:
Bir dönüştürücünün transfer fonksiyonunu elde etmek için matematiksel modelleme gibi karmaşık işlemler gerekmektedir. Sistem tanımlama yöntemleri bu noktada matematiksel modelleme gerektiren işlemleri çok hızlı ve doğru bir şekilde çözmemize olanak sağlamaktadır.
Bu çalışmada,  MATLAB / Simulink uygulaması ile kontrolsüz bir düşürücü tip DA-DA dönüştürücü tasarımı yapıldıktan sonra sistem tanımlama metodu kullanılarak transfer fonksiyonuna dayalı yeni bir modelleme tasarımı amaçlanmıştır. Simulink uygulaması üzerinde belirlenen giriş ve çıkış değerleri tasarımı yapılan sistemin transfer fonksiyonunun katsayılarının belirlenebilmesi için veri girişleri olarak kullanılmıştır. MATLAB Sistem Tanımlama Araç Kutusu kullanılarak farklı kutup ve sıfırlar ile katsayılar belirlenmiş ve transfer fonksiyonları modelleri önerilmiştir. Önerilen modellerin performans değerleri ve ortaya konmuştur. Tasarımı yapılan sistem için transfer fonksiyonu seçimi yapılmıştır. Kontrolsüz olan sistemi kararlılık derecesini arttırmak için sisteme PID kontrolör eklenmiştir. PID kontrole ait parametrelerin optimizasyonu için Ziegler-Nichols basamak cevap yöntemi, MATLAB 'PID Tuner' uygulaması ve MATLAB 'pidtune' fonksiyonu kullanılmış ve söz konusu yöntemlerin performans değerleri karşılaştırılmıştır. MATLAB uygulamalarının literatürde yaygın olarak kullanılan Ziegler-Nichols yöntemine göre daha başarılı sonuçlar verdiği ortaya konmuştur.  Sistem için MATLAB 'PID Tuner' uygulaması ile katsayıları belirlenmiş olan PID kontrolör tercih edilmiştir.
Düşürücü tip DA-DA dönüştürücü simülasyon devresinin kontrolsüz ve PID kontrollü açık çevrim ve kapalı çevrim performansları kıyaslanmıştır. Devre sonuçları incelendiğinde, MATLAB sistem tanımlama araç kutusu kullanılarak çıkarımı yapılan transfer fonksiyonunun devreyi hızlı ve doğru bir şekilde modellediği ve kontrolör tasarımını basitleştirildiği görülmüştür. 

Anahtar Kelimeler: Düşürücü Tip DA-DA Dönüştürücü, MATLAB, Sistem Tanımlama, Transfer Fonksiyonu

Abstract:
Complex operations such as mathematical modeling are required to obtain the transfer function of a converter. At this point, system identification methods allow us to solve operations that require mathematical modeling very quickly and accurately.
In this study, after designing an uncontrolled buck converter with MATLAB / Simulink application, a new modeling design based on the transfer function was aimed using the system identification method. The input and output values determined on the Simulink application are used as data inputs to determine the coefficients of the transfer function of the designed system. By using MATLAB System Definition Toolbox, different poles and zeros and coefficients were determined and transfer function models were proposed. The performance values of the proposed models are presented. The transfer function has been selected for the designed system. A PID controller has been added to the system to increase the stability of the uncontrolled system. For the optimization of PID control parameters, Ziegler-Nichols step response method, MATLAB 'PID Tuner' application and MATLAB 'pidtune' function were used and the performance values of these methods were compared. It has been shown that MATLAB applications give more successful results than the Ziegler-Nichols method, which is widely used in the literature. PID controller whose coefficients were determined with MATLAB 'PID Tuner' application was preferred for the system.
The buck converter simulation circuit's uncontrolled and PID controlled open-loop and closed-loop performances are compared. When the circuit results were examined, it was seen that the transfer function extracted using the MATLAB system definition toolbox modeled the circuit quickly and accurately and simplified the controller design.

Keywords: Buck Converter, MATLAB, System Identification, Transfer Function