Kesir dereceli PID denetleyicinin model referans tabanlı tasarımı
Design of fractional PID  controller based on model reference
Yazar: EMRAH SÜRÜCÜ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SERHAT CAN
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Oransal-İntegral-Türevsel (PID) denetleyici kolay tasarımı ve yeterli kontrol performansı sağlaması nedeniyle otomatik kontrol uygulamalarında sıklıkla tercih edilmektedir. Oransal kazanç (Kp), İntegral kazancı (Ki) ve Türevsel kazanç (Kd) olarak adlandırılan üç temel parametreye sahiptir. Geleneksel PID denetleyicideki integral ve türev operatörleri tamsayı derecelidir. Araştırmacılar kontrol performansını artırması sebebiyle geleneksel PID denetleyicideki tamsayı dereceli integral ve türev operatörleri yerine kesirli dereye sahip integral ve türev operatörlerini kullanarak kesirli dereceli PID denetleyiciyi önermişlerdir. Kesir dereceli PID denetleyici, geleneksel PID denetleyiciye göre ilave olarak kesirli integratör derecesi (λ) ve kesirli türev derecesi (µ) içerir. Bu tez çalışmasında, kesir dereceli PID denetleyicinin zaman alanında referans bir modele göre tasarımına odaklanılmıştır. Referans model olarak Bode'nin ideal transfer fonksiyonu kullanılmıştır. Bode'nin ideal transfer fonksiyon modelinin zaman alanı cevabı ile kontrol edilmek istenen sistemin çıkışı arasındaki hatanın minimize edilmesi ile kesir dereceli PID parametrelerinin elde edilmesi amaçlanmıştır. Hatanın minimizasyonu için çalışmada Genetik Algoritma (GA) optimizasyon yöntemi kullanılmıştır.  Çalışma tek girişli çok çıkışlı yapıya sahip ters sarkaç sistemi üzerinde benzetim çalışması şeklinde yürütülmüştür. Ters sarkaç sisteminde araba ve sarkaç için iki ayrı kesir dereceli PID denetleyici kullanılmış ve GA optimizasyonu bu iki denetleyicinin Kp, Ki, Kd, λ ve µ parametreleri ayarlanarak, ters sarkaç sisteminin çıkış cevabı referans modele yaklaştırılabilmiştir.

Abstract:
Proportional-Integral-Derivative (PID) controller is frequently preferred in automatic control applications due to its easy design and sufficient control performance. It has three basic parameters called Proportional gain (Kp), Integral gain (Ki) and Derivative gain (Kd). The integral and derivative operators in a conventional PID controller are integer order. The researchers proposed a fractional order PID controller by using the integral and derivative operators with a fractional order instead of the integer order integral and derivative operators in the traditional PID controller because it improves the control performance. The fractional order PID controller has an additional fractional integrator order (λ) and fractional derivative order (µ) compared to the traditional PID controller. In this thesis, it is focused on the design of the fractional order PID controller according to a reference model in the time domain. Bode's ideal transfer function is used as the reference model. It is aimed to obtain fractional order PID parameters by minimizing the error between the time domain response of Bode's ideal transfer function model and the output of the system to be controlled. In order to minimize the error, the Genetic Algorithm (GA) optimization method was used in the study. The study was carried out as a simulation study on an inverted pendulum system with a single-input multi-output (SIMO) structure. In the inverted pendulum system, two separate fractional order PID controllers were used for the chart and the pendulum, and the GA optimization was achieved by adjusting the Kp, Ki, Kd, λ and µ parameters of these two controllers to approximate the output response of the inverted pendulum system to the reference model.