İntegral performans kriterlerine dayalı optimizasyon ile PIR kontrolör tasarımı
Küçük Resim Yok
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
İnönü Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Günümüzde otomatik kontrol sistemleri endüstriyel süreçlerin kararlılığını sağlamak ve istenen sistem yanıtlarını elde etmek amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Proportional–Integral–Derivative (PID) kontrolörler en sık tercih edilen yapılardan biri olup üç temel bileşeni sayesinde sistem performansını iyileştirmektedir. Ancak türev teriminin sistem kararlılığı üzerindeki olumsuz etkisi alternatif kontrolör yapılarını gündeme getirmiştir. Bu yapılardan biri olan Proportional–Integral–Retarded (PIR) kontrolörler türev terimi yerine zaman gecikmeli bir bileşen kullanarak daha kararlı ve dengeli sistem yanıtları üretmeyi hedeflemektedir. Bu tez çalışmasında öncelikle klasik PID kontrolör yapısı incelenmiş olup PID kontrolör tasarımında kullanılan Ziegler-Nichols metotları araştırılmıştır. Ziegler-Nichols PID kontrolör tasarım yöntemi kullanılarak farklı sistemler için tasarımlar yapılmıştır. Daha sonra tezin araştırma konusu olan PIR kontrolörler tanıtılmıştır. PIR kontrolörün tasarımı için integral performans kriterlerine dayalı bir yöntem sunulmuştur. Kullanılan integral performans kriterleri ISE (Integral of Squared Error), IAE (Integral Absolute Error), ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) ve ITAE (Integral Time-weighted Absolute Error) dir. PID için K_p+K_i/s+K_d s yapısı kullanılmıştır. PIR kontrolör ise K_p+K_i/s-K_r e^(-sh) formunda modellenmiştir. Tezde sunulan optimizasyon metodu ile PIR kontrolörün parametreleri olan K_p, K_i, K_r ve h değerleri hesaplanmıştır. Farklı sistemler için PID ve PIR kontrolörler tasarlanarak birim basamak cevapları incelenmiş olup aşım oranı, yükselme süresi, yerleşme süresi gibi zamana bağlı yanıt parametrelerine bakarak performansı karşılaştırılmıştır. Optimizasyon yöntemiyle tasarlanan PIR kontrolörlerin iyi performans sağladığı gösterilmiştir.
Nowadays, automatic control systems are widely used to stabilize industrial processes and achieve desired system responses. Proportional-Integral-Derivative (PID) controllers are one of the most preferred structures and improve system performance using its three basic components. However, the negative effect of the derivative term on system stability has brought alternative controller structures to the agenda. Proportional-Integral-Retarded (PIR) controllers, one of these structures, aim to produce more stable and balanced system responses by using a time-delayed component instead of the derivative term. In this thesis, firstly, the classical PID controller structure is examined and Ziegler-Nichols methods used in PID controller design are investigated. Using the Ziegler-Nichols PID controller design method, designs are made for different systems. Then PIR controllers, which are the research topic of this thesis, are introduced. A method based on integral performance criteria is presented for the design of the PIR controller. The integral performance criteria used are ISE (Integral Squared Error), IAE (Integral Absolute Error), ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) and ITAE (Integral Time-weighted Absolute Error). For the PID, the structure K_p+K_i/s+K_d s is used. The PIR controller is modeled as K_p+K_i/s-K_r e^(-sh). The optimization method presented in this thesis is used to calculate the parameters K_p,K_i, K_r and h of the PIR controller. PID and PIR controllers are designed for different systems and their unit step responses are analyzed and their performance are compared by looking at response parameters such as overshoot rate, rise time, settling time. It is shown that the PIR controllers designed by optimization method provide good performance.
Nowadays, automatic control systems are widely used to stabilize industrial processes and achieve desired system responses. Proportional-Integral-Derivative (PID) controllers are one of the most preferred structures and improve system performance using its three basic components. However, the negative effect of the derivative term on system stability has brought alternative controller structures to the agenda. Proportional-Integral-Retarded (PIR) controllers, one of these structures, aim to produce more stable and balanced system responses by using a time-delayed component instead of the derivative term. In this thesis, firstly, the classical PID controller structure is examined and Ziegler-Nichols methods used in PID controller design are investigated. Using the Ziegler-Nichols PID controller design method, designs are made for different systems. Then PIR controllers, which are the research topic of this thesis, are introduced. A method based on integral performance criteria is presented for the design of the PIR controller. The integral performance criteria used are ISE (Integral Squared Error), IAE (Integral Absolute Error), ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) and ITAE (Integral Time-weighted Absolute Error). For the PID, the structure K_p+K_i/s+K_d s is used. The PIR controller is modeled as K_p+K_i/s-K_r e^(-sh). The optimization method presented in this thesis is used to calculate the parameters K_p,K_i, K_r and h of the PIR controller. PID and PIR controllers are designed for different systems and their unit step responses are analyzed and their performance are compared by looking at response parameters such as overshoot rate, rise time, settling time. It is shown that the PIR controllers designed by optimization method provide good performance.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
