DA-DA boost konvertör için klasik PI ve kesir dereceli PID kontrolörlerinin tasarımı ve performans analizi
Design and performance analysis of classical PI and fractional order PID controllers for DC-DC boost converter
Yazar: ERDOĞAN DİNÇ
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM ALIŞKAN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışma, Sürekli İletim Modu (CCM) boost DA-DA dönüştürücü için parametreleri Ziegler-Nichols Yöntemi ile tasarlanan PI ve parametreleri Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ile ayarlanan PID kontrolörlerinin performans analizini sunmaktadır.
DA-DA boost dönüştürücüler, elektrikli araç şarj cihazları, DC motor sürücüsü, mobil cihaz yenilenebilir enerji sistemleri ve fotovoltaik uygulamalar gibi birçok güç elektroniği uygulamasında kullanılmaktadır. Yüksek güç seviyeleri, yüksek verim, yüksek güç yoğunluğu, düşük maliyet ve küçük boyutları onları cazip kılmaktadır. Güncel yaşamda pek çok alanda kullanılan DA-DA dönüştürücüler bu nedenle kontrol çalışmalarında her zaman ilgi görmüştür. Bu çalışmada da bu tür bir konvertör ele alınmıştır.
Öncelikle 5-15 V giriş gerilim aralığında ve 25 V çıkış gerilimi için tasarlanan dönüştürücünün lineer modeli sürekli iletim modunda çalışmasına uygun olarak elde edilmiştir. 
İkinci olarak, nominal çalışma koşulları için sistem modeli, durum uzayı averaj modeli ve küçük sinyal modeli yaklaşımları ile elde edilmiştir. Daha sonra kontrolörler Ziegler Nichols Metodu ve Parçacık Sürü Optimizasyonu ile tasarlanmıştır. PSO, 10 ve 20 parçacıklı olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleştirilmiştir. Daha sonra elde edilen oransal kazanç, integral kazancı, türevsel kazanç parametreleri opamplar ile analog devre olarak sentezlenmiştir. 
İki farklı yöntemle tasarlanan bu üç PI ve PID denetleyicilerin performans analizleri, PSIM'de gerçeklenen simülasyon çalışmalarının sonuçları kullanılarak sunulmuştur. Ortalama Karesel Hata (MSE), sunulan çalışmalar için kontrol performans indeksi olarak kabul edilmiştir. Kontrolörler üst aşım ve yerleşme zamanı açısından da değerlendirilmiştir. Sonuçlar 20 parçacıklı PSO algoritması ile geliştirilen PID kontrolörün diğerle denetleyicilerden daha başarılı olduğunu göstermiştir. Son olarak kontrolörler laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiş ve benzetim çalışmalarındaki gibi performans verdiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
This study presents the performance analysis of PI whose parameters are designed by Ziegler-Nichols Method and PID controllers whose parameters are adjusted by Particle Swarm Optimization (PSO) for Continuous Conduction Mode (CCM) boost DA-DA converter.
DC-DC boost converters are used in many power electronics applications such as electric vehicle chargers, DC motor drive, mobile device renewable energy systems and photovoltaic applications. Their high power levels, high efficiency, high power density, low cost and small size make them attractive. For this reason, DC-DC converters, which are used in many areas in current life, have always attracted attention in control studies. In this study, such a converter is considered.
First of all, the linear model of the converter, which is designed for 5-15 V input voltage range and 25 V output voltage, has been obtained in accordance with its operation in continuous conduction mode.
Secondly, the system model for nominal operating conditions is obtained by state space average model and small signal model approaches. Later, the controllers were designed with the Ziegler Nichols Method and Particle Swarm Optimization. PSO was carried out in two different ways with 10 and 20 particles. Then, proportional gain, integral gain, derivative gain parameters were synthesized as analog circuit with opamps.
Finally, the performance analyzes of these three PI and PID controllers designed with two different methods are presented using the results of the simulation studies performed in PSIM. Mean Squared Error (MSE) was accepted as the control performance index for the studies presented. Controllers were also evaluated in terms of overshoot and settling time. The results validated that the PID controller developed with the 20-particle PSO algorithm was more successful than the others.