Bulanık tabanlı kazanç düzenlemeli model referans uyarlamalı denetleyici ile demir üretim süreçleri yüksek fırın gaz temizleme tank sistemi denetimi
Control of blast furnace gas cleaning tank system in iron making process using fuzzy based gain regulated model reference adaptive controller
Yazar: ÖZGÜR ASLAN
Danışman: DOÇ. DR. RIFAT HACIOĞLU
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Model referans uyarlamalı denetim = Model reference control

Özet:
Model referans uyarlamalı denetleyici (MRAC), uygulama kolaylığı ve düşük işlem ihtiyacı özellikleri ile öne çıkan bir denetim yaklaşımıdır. Bir sisteme MRAC uygulamak için o sistemin matematik modelinin bilinmesine gerek duyulmamaktadır. Denetleyici tasarımında dinamik cevabı, sistem ile uyumlu, sistem isterlerini karşılayan bir referans model ve denetim işareti yönteminin belirlenmesi yeterli olmaktadır. MRAC'ın sahip olduğu uyarlama algoritması, denetimin başlaması ile birlikte, denetim işaretini manipüle ederek sistem çıkış işaretini, denetim isterlerini sağlayan referans model çıkış işaretine yakınsamasını hedefler.
Geleneksel MRAC'ta uyarlama hızı sabittir. Uyarlama hızı, denetim sürecinin durağan olduğu durumlar ve sistemde ani değişimler yaşandığı durumların her birine cevap verecek büyüklükte seçilmektedir. Kazanç düzenlemeli MRAC'ta uyarlama hızı, her koşul için farklı bir değer olarak  güncellenmektedir.  Bu  tez  çalışmasında  önerilen  bulanık tabanlı kazanç düzenleme sayesinde MRAC algoritması, yüksek uyarlama hızı gereken durumlar için hızlı, düşük uyarlama hızı gereken durumlar için yavaş uyarlama hızı ile denetim işaretini manipüle ederek sistem çıkışını referans model çıkışına yakınsamasını sağlayacaktır.
Bir demir çelik fabrikasının sıvı ham demir üretimini gerçekleştiren demir üretim tesisleri, matematik modeli kesin olarak bilinmeyen, dinamik cevabında değişimler ve sürekli dış bozucu etkisine maruz kalan sistemlerden oluşmaktadır. Günümüz sanayiinde, demir üretim süreçlerindeki denetim problemlerinin çözümünde otomasyon sistemlerindeki PID denetleyiciler kullanılmaktadır. PID denetleyici, değişken koşullara hızlı cevap verememesi sebebiyle bu denetim problemlerinin çözümünde yeniden tasarım ihtiyacı duymaktadır. Bu çalışmada, demir üretim süreçlerindeki denetim problemlerinde PID, geleneksel MRAC ve bulanık tabanlı kazanç düzenlemeli MRAC uygulaması sonuçları incelenerek değerlendirilmiştir. Denetim sonuçları, bulanık tabanlı kazanç düzenlemeli MRAC'ın geleneksel MRAC ve PID'ye göre başarılı olduğunu göstermiştir. Buradaki uygulamalarda öncelikle servo valf performansı incelenmiş olup elde edilen deneyimler çerçevesinde önemli bir demir üretim süreci denetim problemi olan yüksek fırın gaz yıkama tank sistemi denetim performansı tasarım isterlerine göre değerlendirilmiştir.

Abstract:
Model reference adaptive controller (MRAC) is an adaptive control method that stands out with its ease of implementation and low computational requirements. MRAC can be implemented to a control system, without the knowledge of the mathematical model of that system necessary to know the mathematical model of that system. To design a MRAC, it is sufficient to determine a reference model and control method that is compatible with the system and meets the system requirements. Adaptation algorithm of MRAC tries to converge the system output signal to the reference model output signal, which provides the process requirements, by manipulating the control signal, with the start of the process control.
The adaptation rate of the conventional MRAC is constant. In the design period, the adaptation speed of MRAC is determined to respond the systems needs. It should be small enough to establish control during stable conditions and it should be big enough to provide control when sudden changes affect the system or when there is changes in dynamics of the system. With gain regulated MRAC, adaptation rate is determined according to different conditions of the system. Fuzzy-based gain regulated MRAC, suggested in this thesis, ensures low adaptation speed value for stable system conditions and high adaptation speed value for nonstable system conditions. Accurately determined adaptation speed provides the parameter convergence and the production of the correct control signal with the required speed to minimize error between system and the reference model output.
The iron making processes of an iron and steel factory, which produce liquid raw iron, consist of systems whose exact mathematical model parameters are unknown. These processes are always affeceted by disturbances and dynamics of the control problem changes in time. Nowadays, PID controllers of the automation system libraries are used to deal with the control problems in the iron making processes. Since PID can not give the desired response to the variable conditions, there is a need for redesign in the control problems. In this study, PID, conventional MRAC and fuzzy-based gain regulated MRAC are applied on control problems in iron making processes. As a begining, controller performances on servo valve control problem are evaluated, based on the experience gained, the control performance parameters of the blast furnace gas cleaning tank level control system, which is an important iron making process control problem.