Identification, stability analysis and control of linear time periodic systems via harmonic transfer functions
Doğrusal ve zamanla periyodik olarak değişen sistemlerin harmonik transfer fonksiyonlar yoluyla tanılanması, kararlılık analizi ve kontrolü
- Tez No: 470036
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER MORGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Rüzgar türbinleri, helikopter rotorları, güç ağları veya periyodik yörünge çevresinde doğrusallaştırılmış doğrusal olmayan sistemler gibi doğada karşılaşılan birçok önemli sistem doğrusal ve zamanla periyodik değişen (DZPD) sistemler olarak modellenebilir. Bu tür sistemler literatürde analitik bakış açısıyla yoğun bir şekilde analiz edilmiş ve tartışılmıştır. Ancak, literatürde LTP sistemlerin tanımlanması için giriş / çıkış ölçümlerini kullanan sadece birkaç yöntem mevcuttur. Özellikle, LTP sistemleri için analitik çözümler elde etmek zor olduğu için, bu tür sistemleri tanılamak, analiz etmek ve kararlı hale getirmek için deneysel verilerin kullanılması tercih edilebilir olmaktadır. Bu amaca ulaşmak için, LTP sistemlere ait harmonik transfer fonksiyonlarının kullanılması oldukça yararlı olabilmektedir. Bu tezin ilk bölümünde, sistemin sadece girdi ve çıktı verilerini kullanarak veri odaklı yaklaşımla DZPD sistemlerin harmonik transfer fonksiyonlarının elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, önce belirli bir frekansa sahip tek kosinüs giriş sinyalini kullanarak HTF'lerin tanımlama prosedürünü sunulmuştur. Bununla birlikte, bu yöntem, istenen frekans aralığını karşılamak için çoklu deney yapılmasını gerektirdiği için, çıkış bileşenleri birbirine denk gelmeyen farklı frekansları içeren kosinüs giriş sinyalinin toplamı için bir formül önerilmiştir. Daha sonra, teorik HTF'lere göre tekli kosinüs ve kosinüs giriş sinyalleri toplam formülü kullanılarak tahmin edilen HTF'lerin tahmin performansını sunulmuştur. Tezin ikinci bölümünde ise, DZPD sistemleri incelemek amacıyla ve performanslarını geliştirecek ve de sistemleri kararlı hale getirecek kontrolcüler tasarlamak için harmonik transfer fonksiyonlarından yararlanılmıştır. Bu bağlamda, kararsız sönümlü Mathieu denklemi için HTF özniteliklerine dayanarak elde edilen Nyquist kararlılık kriteri uygulanmış ve de Nyquist diyagramı kullanılarak P, PD ve PID kontrolcüler tasarlanmıştır. Son olarak, durum uzayı modeli bulunmayan ve bilinmeyen DZPD sistemler için, HTF kavramını kullanarak girdi-çıktı veri analizi yoluyla bilinmeyen DZPD sistemlerin Nyquist grafiklerinin elde edebileceği yeni bir metodoloji tasarlanmaya çalışılmıştır. Ardından performansı geliştirmek ve gürbüzlüğü artırmak amacıyla Nyquist diyagramı kullanılarak bilinmeyen bir DZPD sistem için PD kontrolcüler tasarlanmıştır. Bu kontrolcülerin performans sonuçları zaman bölgesi benzetim ortamı testleriyle gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Many important systems encountered in nature such as wind turbines, helicopter rotors, power networks or nonlinear systems which are linearized around periodic orbit can be modeled as linear time periodic (LTP) systems. Such systems have been analyzed and discussed from analytical viewpoint extensively in the literature. However, only a few method are available in the literature for the identification of LTP systems which utilize input/output measurements. Especially, due to obtaining analytical solutions for LTP systems are quite challenging, utilization of experimental data to identify, analyze and stabilize such systems may be preferable. To achieve this aim, the utilization of harmonic transfer functions (HTFs) of LTP systems can be quite helpful. In the first part of this thesis, we aim to obtain harmonic transfer functions (HTFs) of LTP systems via data-driven approach by using only input and output data of the system. In this respect, we first present the identification procedure of HTFs by using single cosine input signal with a specific frequency. However, because of the fact that this method requires multiple experiments in order to cover desired frequency range, we propose a formula for the sum of cosine input signal including different frequencies which their output components do not coincide. Then, we present the prediction performance of the estimated HTFs by using single cosine and sum of cosine input signals according to analytical solution of HTFs. In the second part of the thesis, our goal is to utilize harmonic transfer functions in order to analyze and design controllers which stabilize and enhance the performance of LTP systems. In this regard, we implement well known Nyquist stability criterion which is based on eigenloci of HTFs. As an illustrative example, we consider the well-known (unstable) damped Mathieu equation and design P, PD and PID controllers by using obtained Nyquist diagram. Finally, for the unknown LTP systems whose state space model may not be available, we seek to design a novel methodology, where we can obtain Nyquist plots of unknown LTP systems via input-output data analysis using the concept of HTFs. Then, we design PD controllers for the unknown LTP system by using Nyquist diagram in order to enhance the performance and increase the robustness. We illustrate the performance results of these controllers in time domain simulations.
Benzer Tezler
- Eyleyici doyumlu çift tank sıvı seviye kontrol sistemi için bernsteın polinomları tabanlı kompanzatör tasarımı
Bernstein polynomials based compensator design for actuator saturated coupled tank level control system
BUSE TACAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT UCUN
- Dynamic modelling studies on continuous stirred tank polymerization reactor for control purposes
Devamlı karıştırmalı polimer reaktöründe proses kontrol amaçlı dinamik modelleme çalışması
TAMER BOZACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGİN KISAKÜREK
- Online time delay identification and adaptive control for general classes of nonlinear systems
Çevrimiçi zaman gecikmesi tanımlaması ve doğrusal olmayan genel sistemler için uyarlamalı kontrol
ALPER BAYRAK
Doktora
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. ENVER TATLICIOĞLU
- Networked computing-based system identification and control of electromechanical systems with industrial IoT
Endüstriyel IoT ile elektromekanik sistemlerin ağ hesaplama tabanlı sistem tanıma ve kontrolü
RAMAZAN KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ
- Алгоритм определения характеристик устойчивости беспилотного летательного аппарата в процессе лѐтных испытаний
İnsansız hava araçlarının uçuş testleri sırasında kararlılık özelliklerinin belirlenmesi için bir algoritma
MEHMET BAKIÇ
Yüksek Lisans
Rusça
2014
Havacılık MühendisliğiNational Technical University of Ukraine (Kiev Polytechnic Institute (KPI))PROF. DR. D. M. ZINCHENKO