Sezgisel algoritmalarla kesir dereceli pıda denetçi tasarımı ve bozucu dışlama performansının iyileştirilmesi
Fractional order pida controller design via heuristic algorithms and improvement of the disturbance rejection performace
Yazar: NECATİ ÖZBEY
Danışman: PROF. DR. CELALEDDİN YEROĞLU
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Sezgisel algoritmalar = Heuristic algorithms

Özet:
Sistemlerin kontrol performansının daha da iyileştirilmesi amacıyla uzun yıllardan beri çeşitli denetçi tasarım modelleri geliştirilmektedir. Özellikle hassas kontrol uygulamalarında geliştirilen bu denetçi modellerinin bozucu dışlama performansının da iyileştirilmesi önemli bir araştırma konusu olmuştur.  Bu tez çalışmasında,  literatürde yüksek dereceli sistemlerin kontrolünde etkili olduğu öne sürülen PIDA denetçilerin tasarımı ve bozucu dışlama performansının iyileştirilmesi konusunda çalışmalar yapılmıştır. Bu amaçla bu denetçilerin önce tamsayı dereceli daha sonra da kesir dereceli versiyonları ele alınmıştır. Bu kapsamda Bölüm 3'te önce PIDA denetçi parametrelerinin PSO algoritması ile belirlenmesi üzerine bir yöntem geliştirilmiş, bu tasarım yöntemi ile elde edilen PIDA denetleyicinin başarımı, literatürdeki Gradiyant arama ve Genetik algoritma optimizasyon yöntemleri ile karşılaştırılmış, simülasyon sonuçlarının daha iyi performans sergilediği görülmüştür. Ayrıca, optimum PIDA denetleyici, SOS algoritması ile tasarlanmış ve kontrol performansı, mevcut arama algoritmalarından Gradiyant Arama ile karşılaştırılmış bozucu dışlama performansının daha iyi olduğu gösterilmiştir. Daha sonra PIA denetçi parametreleri, RDR ölçütü ile kontrol hatası arasında bir uzlaşma sağlanarak RA optimizasyon algoritması ile tasarlanmış ve birim basamak yerleşme noktası kontrol performansı ile bozucu dışlama performanslarının birlikte iyileştirilebildiği gösterilmiştir. Diğer bir çalışmada da RA algoritması çoklu amaç fonksiyonu ile kullanılarak, birim basamak referans giriş kontrol performansı ile bozucu dışlama performanslarının birlikte iyileştirilebildiği, referans giriş filtreli iki serbestlik dereceli kapalı çevrim PIDA denetçi RDR analizine dayalı olarak tasarlanmıştır. Bölüm 4'te ise önceki bölümde önerilen yöntemler, denetçilerin kesir dereceli versiyonlarına uyarlanmıştır. Bu kapsamda, önce iki serbestlik dereceli bir sistem için KDPID tasarımı yapılmış ve bozucu dışlama performansı iyileştirilmiştir. Daha sonra, referans giriş filtresi içeren bir 2DOF KDPIDA kontrol sistemi tasarımı için uzlaşma eğrisi odaklı UORA algoritması önerilerek bu algoritma ile RDR spektrumu klavuzunda, KDPIDA denetçinin hem referans giriş kontrol performansının hem de bozucu dışlama performansının birlikte iyileştirilebildiği bir tasarım tekniği önerilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Kesir Dereceli PIDA Denetçi, Optimizasyon, Bozucu dışlama

Abstract:
Various control system design models have been developing for years to improve the control performance of the systems. Especially in sensitive control applications, improving the disturbance rejection performance of these control system models,  has also been an important research topic. In this thesis, studies have been conducted on the design of PIDA controllers, which are claimed to be effective in controlling high-order systems, and on improving the disturbance rejection performance. For this purpose, at first, the integer order and then the fractional order versions of these controllers are studied. In this context, in Section 3, a method was developed for determining the PIDA controller parameters with the PSO algorithm. The performance of the PIDA controller obtained with this design method was compared with the Gradient search and Genetic algorithm optimization methods in the literature. The simulation results were shown that the proposed design method performs better. In addition, the optimum PIDA controller is designed with SOS algorithm and its disturbance rejection performance has been shown to be better than Gradient Search algorithms. Than, PIA controller parameters has been computed with the RA optimization algorithm by providing a compromise between the RDR criterion and control error, and it has been shown that unit step settlement control performance and disturbance rejection performances can be improved together. In another study, two degrees of freedom closed-loop PIDA control system with reference input filter has been designed based on RDR analysis using the RA algorithm, where unit step reference input control performance and disturbance rejection performances can be improved together. In Section 4, the methods proposed in the previous section are adapted to the fractional-order versions of the controllers. In this context, KDPID has been designed for a two degree of freedom control system and the disturbance rejection performance has been improved. Then, the consensus curve-oriented UORA algorithm has been proposed for the design of 2DOF KDPIDA control system with reference input filter. A design technique has been proposed using this algorithm in the RDR spectrum guide, in which both reference input control performance and disturbance rejection performance of the KDPIDA controller can be improved together.

Keywords: Fractional Order PIDA Controller, Optimization, Disturbance Rejection.