Elektro-hidrolik bir sistemin akıllı PID kontrol ile denetimi
Control of an electro-hydraulic system with intelligent PID controller
Yazar: EZGİ KESTEK
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET İTİK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Elektrohidrolik sistemler = Electrohydraulic systems ; Hidrolik pozisyon kontrol = Hydraulic position control ; PID = PID ; Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization

Özet:
Hidrolik sistemler endüstriyel uygulamalarda yüksek kuvvet, hassas kontrol ve dayanıklılık gibi avantajları nedeniyle sıklıkla tercih edilmektedir. Bu sistemlerin verimliliği, kontrol eforunun iyileştirilmesi ile artırılabilir. Sahip oldukları nonlineer sistem karakteristiği ve içerdikleri belirsizlikler nedeniyle bu sistemlerin kontrolü güçleşmektedir. Nonlineer kontrol tekniklerinde ihtiyaç duyulan hassas matematiksel modelleme gereksinimi, kontrolcü kazançlarının ayarlanması sürecinin karmaşıklığı, endüstride uygulanabilirliği daha yüksek ve kararlılığını bozucu etkilere ve belirsizliklere rağmen koruyabilen bir kontrolcü arayışına neden olmuştur. Bu çalışmada, birçok avantajı ile birlikte bu beklentileri karşılayabileceği öngörülen, hızlı uygulanabilir ve kalıcı durumda kararlılığını sürdürebilen i-PID (Intelligent PID) olarak adlandırılan i-PID yöntemi elektro-hidrolik sistemlerin kontrolü için önerilmiştir. Öncelikle hidrolik bir sistemin nonlineer durum uzayı modeli ve Simscape Fluids modülünde bir deneysel sistemin parametreleri birebir kullanılarak benzetimi ve farklı kontrolcüler ile pozisyon takibi uygulanmıştır. Her iki benzetim çalışması için klasik Ziegler-Nichols metodu ile tasarlanan geleneksel PID kontrolcü, kontrolcü parametreleri sezgisel bir optimizasyon yöntemi olan parçacık sürü optimizasyonu ile belirlenen PID ve i-PID kontrolcüler ile karşılaştırılmıştır. ISE, ITAE ve RMS hata kriterleri bu optimizasyon yönteminde ayrı ayrı uygulanmıştır. Sinüs, basamak ve rampa referans girişleri uygulanarak takip performansları incelenmiştir.  Simscape Fluids ve nonlineer model benzetimlerinde tasarlanan i-PID ve PID kontrolcülerin sürtünme kuvvetleri ve farklı yük pertürbasyonları etkisi altında cevabı incelenerek takip performansının değişimi gözlemlenmiştir.

Abstract:
Hydraulic systems are frequently preferred in industrial applications due to their advantages such as high force, precise control and durability. The efficiency of these systems can be increased by improving the control effort. Controlling these systems becomes difficult due to their nonlinear system characteristics and the uncertainties they contain. The need for precise mathematical modeling in nonlinear control techniques and the complexity of the process of adjusting the controller gains, led to the search for a controller that is more applicable in the industry and can maintain its stability despite disturbing effects and uncertainties. In this study an i-PID (Intelligent PID) controller, which is predicted to meet these expectations with its many advantages, can be applied quickly and can maintain its stability in the permanent state, is presented. First, the nonlinear state space model of a hydraulic system and a Simscape model of the same system is obtained. For both simulation studies, the  conventional PID controller designed with the classical Ziegler-Nichols method has been compared with the PID and i-PID controllers whose controller parameters are determined by particle swarm optimization, which is an heuristic optimization method. ISE, ITAE and RMS error criterias are applied seperately in the optimization method.  Tracking performances examined by applying sinus, step and ramp inputs. The response performances of the i-PID and PID controllers designed for Simscape Fluids and nonlinear model simulations are examined. Both are investigated under the influence of friction force and different load perturbations,  tracking performances are compared.