Servo motorlarda klasik ve kesir dereceli kontrolör parametrelerinin metasezgizel yöntemlerle optimizasyonu
Optimization of classical and fractional order controller parameters in servo motors with metaheuristic methods
Yazar: ALİ KEMAL SARI
Danışman: DOÇ. DR. HASAN TİRYAKİ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Metasezgisel algoritmalar = Metaheuristic algorithms ; PID denetleme = PID control ; Servo motorlar = Servo motors

Özet:
Servo motorlar hassas hareket kontrolü ve kararlı çalışma özellikleri nedeniyle endüstriyel alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kontrol işlemi esnasında kazanç parametrelerinin optimizasyon işlemi ayrıca önem kazanmaktadır. Bu çalışmada; Oransal-İntegral (PI) kontrolör, Oransal-İntegral-Türev (PID) Kontolör ve Kesir Dereceli Oransal-İntegral-Türev (FOPID) Kontrolör kullanılarak servo motor MATLAB Simulink benzetimi için kazanç parametrelerinin optimizasyonu yapılmıştır. PI Kontrolörler iki parametreden, PID Kontrolörler üç parametreden oluşken FOPID Kontrolörler beş parametreden oluşmaktadır. Kontrolör parametre sayısının artması, daha hassas parametre kontrolü yapılmasına olanak sağlarken optimizasyon işlemlerini zorlaştırmaktadır. Kontrolör optimizasyonun geleneksel matematiksel yöntemlerle hesaplanması zor olduğu için günümüzde metasezgisel (doğadan ilham alan) algoritmalar geliştirilmiştir. Bu tezde servo motor sistemi için metasezgisel (doğadan ilham alan) algoritmalardan Atom Arama Optimizasyon (SSA) Algoritması, Ateş-Güve Optimizasyon (MFO) Algoritması, Salp Sürüsü Algoritması (SSA) ve Koronavirüs Sürü Bağışıklığı Optimizasyon (CHIO) Algoritması kullanılmıştır. Bu dört arama algoritması servo motor sistemi kazanç parametreleri için PI Kontrolör, PID Kontrolör ve FOPID kontrolör ile ayrı ayrı optimize edilmiştir. Optimize edilen servo motor sisteminin kazanç parametreleri sistem çıkış eğrileri yükselme zamanı ve yüzde aşım miktarına göre incelenmiş ve servo motor için en uygun kontrolör ve arama algoritması karşılaştırılmıştır. Bu değerlendirmeye göre servo motor için Salp Sürüsü Algoritması (SSA) ile optimize edilen FOPID kontrolörünün sistem çıkış eğrisinin geçici hal değerlerine bakıldığında düşük yükselme süresi ve yüzde en büyük süresi ile en küçük yerleşme süresine sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
Servo motors are widely used in industrial areas due to their precise motion control and stable operation. During this control process, the optimization of the gain parameters also gains importance. In this study, by using Proportional-Integral (PI) controller, Proportional-Integral-Derivative (PID) Controller and Fractional Proportional-Integral-Derivative (FOPID) Controller, gain parameters are optimized for servo motor MATLAB Simulink simulation. PI Controllers consist of two parameters, PID Controllers consist of three parameters, while FOPID Controllers consist of five parameters. Increasing the number of controller parameters enables more precise parameter control and complicates the optimization processes. Since controller optimization is difficult to calculate with traditional mathematical methods, metaheuristic (nature-inspired) algorithms have been developed today. In this thesis, Atom Search Optimization (SSA) Algorithm, Fire-Moth Optimization (MFO) Algorithm, Salp Swarm Algorithm (SSA) and Coronavirus Herd Immunity Optimization (CHIO) Algorithm are used for the servo motor system. These four search algorithms are individually optimized with PI Controller, PID Controller and FOPID controller for servo motor system gain parameters. The gain parameters of the optimized servo motor system were examined according to the system output curves rise time and percent overshoot, and the most suitable controller and search algorithm for the servo motor were compared. According to this evaluation, it has been observed that the FOPID controller, which is optimized with the Salp Swarm Algorithm (SSA) for the servo motor, has the lowest settling time with low rise time and the largest percentage exceedance time compared to the transient values of the system output curve.