Bir proses kontrol simülatöründe enerjinin etkin kullanımı ile kablosuz sıcaklık kontrolü
In a process control simulator wireless temperature control by utilizing effective energy
Yazar: ADNAN ALDEMİR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ALPBAZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kablosuz iletişim = Wireless communication ; Matlab = Matlab

Özet:
Bu çalışmada kablosuz ölçüm ve kontrol deneyleri gerçekleştirilen bir proses kontrol simülatöründe kablosuz sıcaklık kontrolu gerçekleştirilmiştir. Simülatör ve bilgisayar arasındaki on-line veri alışverişini sağlamak amacıyla simülatör ve bilgisayara bağlı iki adet anten bulunmaktadır. Simülatördeki ekipmanlar kalibre edilerek bu ekipmanlar modüllere bağlanmıştır. Yatışkın hal, dinamik hal ve kontrol deneyleri MATLAB/Simulink ortamında hazırlanan blok diyagramında on-line olarak gerçekleştirilmiştir. Yapılan sıcaklık ölçüm ve  kontrol deneylerinde simülatörde giriş değişkeni olan ısıtıcı % açıklığının davranışına bağlı olarak çıkış değişkeni olan ısıtıcı çıkış sıcaklığının zamanla değişimi takip edilmiştir. Yatışkın hal deneylerinde, ısıtıcı açıklığının sabit değerlerinde sıcaklığın zamanla sabitlenerek sistemin kontrol edilebilirliği gözlenmiştir. Dinamik hal deneyleri basamak etki, PRBS etki ve kare dalga etki verilerek yapılmıştır. Basamak etki sonucu ısıtıcı çıkış sıcaklığının zamanla değişimine bağlı olarak PID kontrol parametrelerinin belirlenmesi amacıyla reaksiyon eğrisi elde edilmiştir. Dinamik hal deney sonuçları kullanılarak birinci mertebeden ölü zamanlı sistem varsayımı ile iletim fonksiyon katsayıları ve ARMAX model katsayıları MATLAB 'System Identification Toolbox' yardımıyla belirlenmiştir. Kablosuz kontrol deneyleri, Oransal-İntegral-Türevsel (PID), Genelleştirilmiş Öngörmeli Kontrol (GPC) ve Fuzzy kontrol olmak üzere üç kontrol yöntemi kullanılarak farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. MATLAB programlama dilinde m-file dosyası olarak hazırlanmış PID, GPC ve Fuzzy kontrol algoritmaları on-line olarak kullanılmıştır. PID kontrol algoritmasındaki PID kontrol parametreleri Cohen-Coon, Ziegler-Nichols ve deneme-yanılma yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. GPC kontrol ve Fuzzy kontrol algoritmasındaki kontrol parametreleri değiştirilerek farklı sıcaklıklarda kontrol deneyleri gerçekleştirilmiştir. PID, GPC ve Fuzzy kontrol yöntemleri kullanılarak farklı sıcaklıklarda yapılan kontrol deneyleri ile bu kontrol yöntemlerinin etkinliği izlenmiş ve bu kontrol algoritmaları ile elde edilen deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Proses kontrol simülatöründe on-line bilgisayar bağlantısı ile üç farklı kontrol yöntemi kullanılarak kablosuz sıcaklık kontrolü başarıyla gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this study, in a process control simulator which carried out wireless measurement and control experiments wireless temperature control is performed. To ensure on-line data communication between the computer and simulator there are two antennas connected to the computer and the simulator. The equipment on the simulator is calibrated and this equipments connected to the modules. Steady state, dynamic state and control experiments are on-line carried out which prepared MATLAB/Simulink block diagram. In the measurement and control experiments, depending on the behavior of the input variable which is % heater value in the simulator, followed the change of the output variable which is the heater outlet temperature. On the steady state experiments, in the fixed values of the heater, controllability of the system is observed fixing the temperature by time. Dynamic state experiments is made by giving step effect, PRBS effect and square wave effect. Reaction curve is determined with step effects result, depending on the change of the heater outlet temperature to obtained PID control parameters. Using dynamic state experiment results with the assumption that the first order plus dead time system, transfer function coefficients and ARMAX model coefficients were obtained with the aid of MATLAB System Identification Toolbox. Wireless control experiments were carried out using three control methods Proportional-Integral-Derivative(PID), Generalized Predictive Control(GPC) and Fuzzy control at different temperatures. PID, GPC and Fuzzy control algoritms prepared MATLAB m-file were used as on-line. PID control parameters in the PID control algorithm were determined with Cohen-Coon, Ziegler-Nichols and trial-error methods. GPC and Fuzzy control experiments were carried out at different temperatures by changing the control parameters in the GPC control and Fuzzy control algorithm. The activity of PID, GPC and Fuzzy control methods were followed by control experiments were made at different temperatures and the experimental results obtained by these algorithms are compared. Wireless temperature control have been successfully performed at the process control simulator with on-line computer connection using three different control methods.