Yüksek performanslı indüksiyon motor sürücüsü için basitleştirilmiş kural tabanlı bulanık mantık hız denetleyici tasarımı
Simplified rule-based fuzzy logic speed controller design for high performance induction motor drive
Yazar: QAZWAN ABDULLAH MOHAMMED TARBOSH
Danışman: PROF. DR. ÖMER AYDOĞDU
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışması, Bulanık Mantık Kontrol (FLC) için kural tabanının sadeleştirilmesini ve yüksek performanslı asenkron motor sürücülerde bulanık mantık hız denetleyicisinin kural tabanı sadeleştirme etkilerini araştırmayı amaçlamaktadır.
Literatüre göre FLC sistemlerin tasarımı halen, mühendislik becerilerine ve kontrol edilen sistemin davranışına ilişkin uzmanların bilgisine dayanmaktadır. Yani, Üyelik Fonksiyonları (MF'ler), kural tabanı ve kontrol modelini tasarlamak için uzman bilgisi gerekmektedir. Ayrıca güncel çalışmalarda, bulanık kuralların sayısını ve hesaplama yükünü azaltmak ve donanım uygulamasını daha az maliyetle gerçekleştirmek için sadeleştirilmiş veya basitleştirilmiş bulanık kural yaklaşımları sunulmuştur. Bu amaçla çeşitli bulanık mantık kural tabanı sadeleştirme yöntemleri tartışılmış, ancak bu yöntemlerin çoğunda FLC kural tabanı veya FLC kurallarını sadeleştirmek için sistematik prosedürler ortaya konulamamıştır. Bu nedenle bu tez çalışmasında, IM sürücü sistemlerinin ikinci dereceden temsilinin dinamik adım yanıtına ve faz düzlemi yörüngesine dayalı IM sürücüleri için FLC kural tabanını tasarlamaya ve basitleştirmeye yönelik metodolojik bir yaklaşım önerilmektedir. Önerilen yöntem, kontrol edilen sistemin genel dinamik adım yanıtına dayalı FLC kural tabanının tasarlanması için bir yol sunmaktadır. Asenkron Motor (IM) sürücüleri için hız denetleyicisi olarak bir bulanık mantık denetleyicisinin (FLC) kullanılması, geleneksel denetleyicilere kıyasla üstün performans sağladığı kanıtlanmış olduğundan, halen birçok araştırmacının ilgisini çekmektedir. FLC yaklaşımı, doğrusal olmayan, karmaşık ve belirsizliği nedeniyle zor bir matematiksel modele sahip sistemleri kontrol etmenin etkili bir yoludur. Asenkron motor sürücüleri, çekiş sistemleri, elektrikli araçlar ve ev aletleri gibi çok çeşitli endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte FLC sistemleri, genel makine tahrik sisteminin hesaplama yükünü artırarak, düşük performansla sonuçlanabilecek çok büyük hesaplama kapasitesi gerektirebilir. Referans hız değişikliği, yük bozulması, atalet değişimi ve doğrusal olmama gibi nedenlerden dolayı yüksek performanslı bir sürücü için sağlam bir denetleyici gereklidir. 
Bu çalışmanın ilk aşamasında, Histerisiz Akım Denetleyicisi (HCC) ile beslenen bulanık mantık tabanlı Dolaylı Alan Yönlendirmeli Kontrol (IFOC) yapısında bir IM sürücüsü tasarlanmıştır. İki girişli tek çıkışlı bulanık mantık denetleyici başlangıçta standart 3x3=9, 5x5=25, 7x7=49 kurallı olarak tasarlanmış, daha sonra bulanık kurallar önerilen sadeleştirme yöntemine göre 95, 257, 499 kural boyutuna basitleştirilmiştir. Simülasyon ve uygulama sonuçlarından, basitleştirilmiş (5, 7, 9) bulanık kurallara sahip FLC'nin, daha az hesaplama gereksinimi ile standart (9, 25, 49) bulanık kurallara sahip FLC kadar tatmin edici performansa sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca FLC sistemlerinde, kural tabanı dışında ölçeklendirme faktörlerinin de sürücü performansı üzerinde önemli etkilerinin olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
This thesis aims to investigate the simplification of the rule base for Fuzzy Logic Control (FLC) and to study the effects of simplifying the rule base for fuzzy logic speed controllers in high-performance asynchronous motor drives. According to the literature, the design of FLC systems still relies on engineering skills and the expertise of specialists regarding the behavior of the controlled system. In other words, expert knowledge is required to design the Membership Functions (MFs), rule base, and control model. Recent studies have introduced simplified fuzzy rule approaches to reduce the number of fuzzy rules and computational burden, aiming to implement hardware applications at a lower cost. However, systematic procedures for simplifying FLC rule bases or FLC rules have not been adequately established in most of these methods. Therefore, this thesis proposes a methodological approach to design and simplify the FLC rule base for induction motor (IM) drives based on the second-order representation of IM drive systems' dynamic step response and phase plane trajectory.The use of a fuzzy logic controller (FLC) as a speed controller for Asynchronous Motors such as IM has attracted considerable interest as it has been proven to offer superior performance compared to traditional controllers. The FLC approach is an effective way to control systems with nonlinear, complex, and uncertain mathematical models. Asynchronous motor drives are widely used in various industrial applications such as traction systems, electric vehicles, and household appliances. However, FLC systems might increase the computational burden of the overall machinery drive system, potentially resulting in low performance. A robust controller is required for high-performance drives due to reasons like reference speed changes, load disturbances, inertia changes, and nonlinearity.