Model öngörülü denetleyici tasarımı ve uygulaması
Design of model predictive controller and implementation
Yazar: MUHAMMED RAŞİT DEMİRKIRAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SERHAT CAN
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Denetleyiciler = Controller ; Kontrol sistemleri =   ; Matematiksel modeller = Mathematical models ; Model öngörümlü denetim = Model predictive control

Özet:
Model Öngörülü Denetleyici (Model Predictive Controller, MPC) çok girişli ve çok çıkışlı sistemlerin denetiminde kullanılan, kendine ait parametre ve sistem kısıtları bulunduran, öngörü yeteneğine sahip olan bir denetleyici türüdür. Temel kontrol stratejisi benimsemiş klasik denetleyicilere göre daha gelişmiş bir yaklaşımı vardır. İleri seviye tasarım tekniklerine ihtiyaç duyar.
Bu tez çalışmasının amacı İkiz Motor Çok Giriş Çok Çıkış Sistem (Twin Rotor Multi Input Multi Output System, TRMS) için MPC tasarımı yapmak ve klasik PID (Proportional Integral Derivative) denetleyiciyle farklı çalışma durumlarındaki performanslarını değerlendirmektir. Çalışma MATLAB/Simulink ortamında yapılmıştır. Bunu yapmak için öncelikle çok girişli çok çıkışlı sistem olan TRMS'nin matematiksel modellemesi elde edilmiştir. Feedback Instruments tarafından sağlanan TRMS modeli tezde sistem olarak kullanılmıştır. Elde edilen model için MPC tasarımı gerçekleştirilmiş ve parametreleri firmanın belirttiği katalogdan alınan PID denetleyiciler ile performansları değerlendirilmiştir.
Tasarlanan MPC ile PID denetleyicilerin, TRMS için coupling seviye, düşey hareket seviyesi ve yatay hareket seviyesi durumları için farklı tip bozuculardaki performansları incelenmiştir. Her bir hareket seviyesi için farklı MPC denetleyiciler tasarlanmıştır. TRMS sisteminin çıkışları olan düşey seviye açısı (pitch angle) ve yatay seviye açısı (yaw angle) kontrol edilmiştir.
MATLAB/Simulink ortamında tasarımı yapılan TRMS sistemi için denetleyici, MPC araç kutusu kullanılarak yapılmıştır. Klasik PID denetleyiciye göre kapalı çevrim sistem performansları karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.

Abstract:
Model Predictive Controller (MPC) is a type of controller that is used in the control of multi-input and multi-output systems, has its own parameters and system constraints, and has predictive capability. It has a more advanced approach than classical controllers that have adopted a basic control strategy. Requires advanced design techniques.
The aim of this thesis is to design an MPC for a Twin Rotor Multi Input Multi Output System (TRMS) and to evaluate its performance in different operating situations with a classical PID (Proportional Integral Derivative) controller. The study was done in MATLAB/Simulink environment. To do this, firstly, the mathematical modeling of TRMS, which is a multi-input multi-output system, is obtained. The TRMS model provided by Feedback Instruments was used as the system in the thesis. MPC design was carried out for the obtained model and their performance was evaluated with PID controllers whose parameters were taken from the catalog specified by the company.
The performances of the designed MPC and PID controllers in different types of disturbances for TRMS coupling level, vertical motion level and horizontal motion level conditions have been investigated. Different MPC controllers are designed for each movement level. The vertical level angle (pitch angle) and the horizontal level angle (yaw angle), which are the outputs of the TRMS system, were controlled.
For the TRMS system designed in MATLAB/Simulink environment, the controller was built using the MPC toolbox. Closed-loop system performances were compared and evaluated compared to the classical PID controller.