Kesir dereceli kontrol sistemlerinde parametre optimizasyonuna dayalı kontrolör tasarımı
Design of controllers based on parameters optimization in fractional order control systems
Yazar: TUFAN DOĞRUER
Danışman: PROF. DR. NUSRET TAN
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kontrol sistemini kararlı yapan, istenen çıkış cevabını sağlayacak kontrolör parametrelerinin başarılı bir şekilde belirlenmesi kontrol teorisinde üzerinde durulması gereken en önemli konu başlıklarından birisidir. Günümüze kadar, kontrolör parametrelerinin belirlenmesinde birçok yöntem kullanılmıştır. Bütün bu kontrolör parametrelerinin ayarlanmasına yönelik metotlar farklı kontrol sistemlerinde farklı sonuçlar verebilir. Bundan dolayı en iyi kontrolör parametrelerinin ayarlanmasında özel bir metot olduğu söylenemez.
Kesir dereceli sistemlerin gerçek sistemleri tamsayı dereceli sistemlere göre daha iyi modelleyebildiği bilinen bir gerçektir. Bu tez çalışmasında, kesir dereceli transfer fonksiyonu içeren kontrol sistemlerinde parametre optimizasyonuna dayalı kontrolör tasarımları gerçekleştiren çeşitli optimizasyon metotları geliştirilmiştir. İlk olarak, parametre belirsizliğine sahip kesir dereceli transfer fonksiyonu içeren sistemlerin kontrolünü faz ilerlemeli ve faz gerilemeli kontrolörler ile sağlamak için bir yöntem önerilmiştir. Kontrol sisteminde oluşan hatanın minimize edilmesine dayalı optimizasyon yöntemleri geliştirilerek, kesir dereceli sistemler için PI, PID, PI-PD, kesir dereceli PID, faz ilerlemeli ve faz gerilemeli kontrolör tasarımları gerçekleştirilmiş, faz ilerlemeli ve faz gerilemeli kontrolör ile denetlenen sistemlerin kararlılık analizleri yapılmıştır. Burada, integral performans kriterleri optimizasyon işleminde amaç fonksiyonu olarak kullanılarak hata minimize edilmiştir. Ayrıca, PID, PI-PD, faz ilerlemeli ve faz gerilemeli kontrolör parametrelerini belirlemek için referans modele dayalı optimizasyon teknikleri geliştirilerek, kontrol sistemlerinin tasarımı yapılmıştır. İlave olarak, bazı sezgisel algoritmalar kullanılarak PI, PID ve PI-PD kontrolör parametrelerinin belirlenmesi için optimizasyon algoritmaları geliştirilerek, kesir dereceli sistemlerin kontrolü sağlanmıştır. Son olarak, TRMS sistemi üzerinde gerçek zamanlı kontrol uygulamalarının gerçekleştirildiği deneysel çalışmalara yer verilmiştir. Bu çalışmalarda, TRMS'nin dikey seviye hareket, yatay seviye hareket, decoupling kontrolleri kesir dereceli PID kontrolör ile yapılmıştır.

Abstract:
One of the most important topics to be emphasized in the control theory is the successful determination of the controller parameters that make the control system stable and provide the desired output response. To date, many methods have been used to determine the controller parameters. Methods for tuning all of the controller parameters may produce different results in different control systems. Therefore, it cannot be said that there is a special method for tuning the best controller parameters.
It is a known fact that fractional order systems can model real systems better than integer order systems. In this thesis, a variety of optimization methods have been developed that implement controller designs based on parameter optimization in control systems with fractional order transfer functions. First, a method for controlling systems with fractional order transfer function including uncertain parameters is proposed using phase-lead and phase-lag controllers. PI, PID, PI-PD, fraction order PID, phase-lead and phase-lag controller designs were performed for fractional order systems and stability analysis of the systems controlled by phase-lead and phase-lag controller were investigated. Here, the error is minimized by using integral performance criteria as objective function in the optimization process. In order to determine the controller parameters such as PI, PI-PD, phase-lead and lag, optimization techniques based on reference model were developed and control systems were designed. In addition, optimization algorithms have been developed to determine PI, PID and PI-PD controller parameters by using some heuristic algorithms and control of fractional order systems has been provided. Finally, real-time control applications on TRMS system have been carried out. In this experimental study, pitch position, yaw position and decoupling controls of TRMS were performed with fractional order PID controller.