Dayanıklı PID kontroler tasarım metodlarının araştırılması ve geliştirilmesi

Abstract

ÖZET Yüksek Lisans Tezi DAYANIKLI PID KONTROLÖR TASARIM METOTLARININ ARA TIRILMASI VE GEL T R LMES Fato Yıkan nönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik-Elektronik Anabilim Dalı 135+x sayfa 2005 Danı man: Doç. Dr. Nusret TAN PID kontrolörler; basit yapıları ve dayanıklı performansları nedeniyle endüstride sıkça kullanılmaktadırlar. Bu kontrolörlerin üç parametresi vardır. Bu parametreler; oransal kazanç ( K p ) , integral kazanç ( K i ) ve türev kazanç ( K d ) eklindedir. Kontrol edilecek sistem için bu parametrelerin uygun ekilde ayarlanması; PID kontrolörlerin tasarımında en önemli ihtiyaçtır. PID kontrolörlerin tasarımı için geli tirilmi bir çok metot mevcuttur. Bu metotların avantajları olmakla beraber dezavantajları da vardır. Dolayısıyla, PID kontrolör tasarım alanı halen aktif bir çalı ma konusudur. Bu tezin amacı; mevcut PID kontrolör tasarım metotlarından bazılarını incelemek ve yeni dayanıklı ayarlama (tuning) teknikleri elde etmektir. Özellikle dayanıklı PID kontrolör tasarımı yapmak; gerçek uygulamalar için önem arz etmektedir. Çünkü sistemlerde parametre belirsizlikleri kaçınılmaz bir gerçektir. Dolayısıyla sistemlerdeki belirsizliklere ra men iyi bir kontrolün sa lanması mühimdir. Yapılan çalı malar sonucunda; kararlılık sınır e risi metodu kullanılarak; bir sistemi kararlı yapabilecek bütün PI ve PID kontrolör parametrelerinin hesaplanabilece i gösterildi. Bununla ilgili simülasyon çalı maları yapıldı. Daha sonra elde edilen metot; PI-PD kontrolör yapısına uygulandı ve önemli sonuçlar elde edildi. Dayanıklı PI-PD kontrolör tasarım metodu geli tirildi. Özellikle PI-PD kontrolör yapısı; kararsız, rezonant ve integratif sistemlerin kontrolünde PID kontrolör yapısından daha avantajlıdır. Sonuçları elde etmek için gerekli olan programlar; MATLAB ortamında hazırlanmı tır. Elde edilen sonuçların pratik uygulamalarda kullanılma potansiyeli vardır. Bu sonuçların di er kontrolör yapılarına uygulanabilmesi de mümkündür. ANAHTAR KEL MELER: Kararlılık, kontrolör, PID kontrolör, PI kontrolör, kararlılık bölgesi, parametre, birim basamak cevabı, performans

ABSTRACT M.S. Thesis INVESTIGATING AND DEVELOPING ROBUST PID CONTROLLER DESIGN TECNIQUES Fato Yıkan nönü University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Electrical and Electronics Engineering 135+x pages 2005 Supervisor: Doç. Dr. Nusret Tan PID controllers are used extensively in industries because of their robust performance and simplicity. This controller structure has three parameters namely proportional gain ( K p ) , integral gain ( K i ) and derivative gain ( K d ) . Tuning of these parameters for a given control system is the most important requirement when designing PID controllers. Several methods for designing PID controllers have been developed. Although, these methods have many advantages, they also have some disadvantages. Therefore, tuning of the parameters of PID controller is still an active research area. The aim of this thesis is to investigate some of the methods related to the design of PID controllers and obtain new robust design techniques. Design of robust PID controller is especially important for real applications which have parameter uncertainities. Because, parameter uncertainty in the systems is an unavoidable fact. Therefore, obtaining a desired control besides uncertainty in systems is important. In the thesis, it has been shown that PI and PID controllers which stabilize a control system can be determined using the stability boundary locus method. Related simulation studies have been done. The method has also been applied to the PI-PD controller structure and very promising results have been obtained. Thus, a robust design technique for PI-PD controller has been developed. PI-PD controller structure has more advantages than PID controller structure especially for unstable, resonant and integrating processes. To obtain the results given in the thesis, required programs have been prepared in the MATLAB environment. The results developed in these research work, have potential features to be used for practical applications. It is also possible to extend these results to other controller structures. KEYWORDS: Stability, controller, PID controller, PI controller, stability region, parameter, step response, performance