Identification and control of linear time-periodic systems via harmonic transfer functions
Doğrusal ve periyodik zamanlı sistemlerin harmonik transfer fonksiyonları yardımıyla sistem tanıyımı ve denetimi
- Tez No: 798994
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSMAİL UYANIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Doğrusal zamansal (LTP) sistemlerin giriş-çıkış özelliklerinin doğru bir şekilde modellenmesine yönelik artan ihtiyaç, yeni tanımlama ve kontrol algoritmalarının yanı sıra yeni deneysel test platformlarına duyulan ihtiyacı da arttırmaktadır. Bu tez doğrusal zamansal (LTP) sistemlerinin deneysel olarak tanımlanması ve hem zamanla değişmeyen, hem de zamanla değişen kontrolörlerle kontrolünün sağlanması için kurulumu basit bir test düzeneği sunmaktadır. İki DC motoru mil kısımlarından birbirine sabit bir şekilde bağlanmış ve ikinci motorun açısal hızı zamansal periyodik bir sinyal olarak sisteme beslenmiştir. Bu işlem birinci motora zamansal periyodik bir etki kazandırmış ve sonucunda zamansal periyodik (LTP) bir sistem oluşmuştur. Matlab/Simulink tarafından sağlanan hedef donanım desteğini kullanarak (target hardware support) yardımı ile bütün yazılım Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. Simülasyon ortamını kullanmak girdi dizaynı, veri toplama ve analiz aşamalarında gömülü yazılıma kıyasla büyük kolaylık sağlamıştır. Deney sırasında sabit frekansta sinüs sinyalleri kullanarak Harmonik transfer fonksiyonlarınının (HTFs) analizi, parametrik olmayan sistem tanıyım yöntemi ve bilinen bir durum uzay formunu kullanarak parametrik sistem tanıyım işlemleri gerçekleştirilmiştir. Sistemlerin zamanla değişen dinamiklerini yakalamak için lineer zaman periyodik bir LQR kontrolör tasarımı önerilmiştir. Önerilen tasarım, hem simülasyon hem de LTP test platformunda doğrulanmıştır. Aynı zamanda bu araştırmada, Mathieu denklemi LTP (Lineer Zamansal Periodik) sistemlerin bir örneği olarak kullanılmıştır. Teorik olarak ve veri-tabanlı yöntemlerle Mathieu denklemi analiz edilmiş ve sonuçları veri-tabanlı ve teorik olarak hesaplanmıştır. Harmonik transfer fonksiyonları arasındaki çıktı tahminlerini karşılaştırarak çıktı analizleri gerçekleştirlmiş ve harmonik transfer fonksiyonlaru doğrulanmıştır. Önceki araştırmalarda, Mathieu denklemi için kullanılan kontrolörlerin çoğu lineer zamansal-değişmez yapıdadır. Bu tezde ise, zamansal-periyodik kontrolörlerin tasarım ve uygulama sonuçlarına yer verilmiştir. Mathieu denkleminin durum uzayı formuna sahip olduğumuz için LTI ve LTP tipi LQR kontrolörler tasarlanmış ve sonuçları MATLAB/Simulink'teki simülasyonlarla doğrulanmıştır. Ayrıca ortalama hata kareleri toplamı kökü (RMSE) değerlerini karşılaştırarak LTI ve LTP tipi kontrolörlerin performans metriklerini verilmiştir. Lineer zamandan bağımsız(LTI) ve doğrusal zamansal periyodik (LTP) tipi kontrolörün, LTP sisteminin dinamikleri üzerindeki etkileri incelenmistir.
Özet (Çeviri)
The increased need for accurately modeling the input–output characteristics of linear time-periodic (LTP) systems necessitates novel identification and control algorithms as well as new test benches for their experimental validation. This thesis introduces a simple-to-build test bench for experimental identification and control of LTP systems both with time-invariant and time-varying controllers. We mechanically coupled the shafts of two DC motors and fed back the angular velocity to the second motor with a time-periodic modulation. This allowed us to imitate a time-periodic load for the first DC motor, thereby yielding an experimental LTP system plant. We used Matlab/Simulink target hardware support to implement the entire software in Simulink, which greatly simplifies input design, data collection, and analysis as compared to embedded programming. We used constant-frequency sinusoidal signals for the data collection on the experimental platform. Subsequently, we estimated the harmonic transfer functions and identified the parameters of a state-space model of the proposed LTP system. We then designed a time-periodic controller in order to regulate the output of the LTP system. We proposed a method for obtaining a linear time-periodic LQR controller in order to capture the time-varying dynamics of the systems. In this research, we also employed the Mathieu equation as a representative example of a Linear Time Periodic (LTP) system for simulation purposes. We analyzed the equation both theoretically and using data-driven methods, and verified the results by comparing the output predictions from both methods. In previous research, most controllers used for analyzing the Mathieu equation were linear time-invariant. In contrast, in this thesis, we proposed the implementation of time-periodic controllers. Following this, we employed linear quadratic regulator (LQR) controllers in LTI and LTP forms to control the system and evaluated their performance through simulations in MATLAB/Simulink. We compared metrics such as root mean squared error (RMSE) and system characteristics, including overshoot and settling time. The effects of linear time-invariant (LTI) and linear time-periodic (LTP) type controllers on the dynamics of an LTP system have been investigated.
Benzer Tezler
- 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
ELVAN KUZUCU HIDIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER MORGÜL
- 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
- Control of an underactuated system around a periodicorbit
Eksik tahrikli bir sistemin periyodik yörünge çevresindekontrolü
AYŞE DENİZ DUYUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AFŞAR SARANLI
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA MERT ANKARALI
- Process control parameter studies on plasticating extrusion machinary in compounding systems
Çift vidalı ekstrüzyon sisteminde proses kontrol parametrelerinin incelenmesi
GİTA TAEF
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGİN KISAKÜREK
- Türkçede ayrık konuşma tanımı
Başlık çevirisi yok
ERCAN ÖLÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. EŞREF ADALI