Geri Dön

Nonlinear and intelligent control based controller design for nonlinear systems

Doğrusal olmayan sistemler için doğrusal olmayan ve akıllı yöntemlere dayalı denetleyici tasarımı

PDF İndir

  1. Tez No: 810565
  2. Yazar: FADI ALYOUSSEF
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM KAYA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Dicle Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kontrol ve Kumanda Sistemleri Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 258

Özet

Bu doktora tezinde, doğrusal ve doğrusal olmayan sistemleri kontrol etmek için yeni denetleyici yaklaşımları sunulmuştur. Daha geniş kontrol uzmanları ve araştırmacı kitlesine hitap edebilmek için, önerilen tasarım metotları değişen karmaşıklık ve zorluk seviyelerinde sunulmuştur. Bu tezin temel amacı, kontrol mühendisleri ve uzmanları için hem teorik araştırmalarda hem de gerçek zamanlı uygulamalarda bir referans kitap olarak hizmet etmektir. PI-PD denetleyici, integratörlü ve açık çevrim kararsız süreçleri kontrol etmede yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, dört ayar parametresine sahip olduğundan, PI-PD denetleyicinin kazançlarını ayarlamak oldukça zor bir iştir. Kararlılık bölgesi ağırlık merkezi, son zamanlarda PID denetleyicilerin kazançlarını bulmayla ilgili zorluğun üstesinden gelmek için sıklıkla kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu çalışmaların çoğunluğunda, ağırlık merkezini belirlemede genellikle grafiksel yöntemler kullanılmıştır. Yani, literatürdeki çalışmalarda kararlılık bölgesi ağırlık merkezi bulma yaklaşımları oldukça zor ve zaman alıcıdır. Bahsedilen sıkıntılar, endüstriyel düzeyde PI-PD denetleyicilerinin kullanımını sınırlayabilmektedir. Bu nedenle, bu tezde, kararlılık bölgesi ağırlık merkezini kullanarak PI-PD denetleyicisinin kazançlarını ayarlamada yeni ve basit analitik yöntemler önerilmiştir. Önerilen yöntemler, kontrol mühendisleri tarafından kolayca anlaşılabilirdir. Önerilen yöntemlerin fizibilitesini göstermek için birçok simülasyon örneği ve bir laboratuvar aerodinamik seti kullanılarak gerçek zamanlı bir uygulaması verilmiştir. Sistem parametreleri önemli ölçüde değiştiğinde veya zamanla değişen ciddi bozucu sinyallere maruz kaldığında, PID ve PI-PD gibi klasik denetleyiciler yeterli performans sağlayamayabilirler. Bu durumda, kayma kipli denetleyiciler, parametre değişikliklerinin ve bozucu sinyallerin etkisini yok etmede çok daha güçlü bir performansla uygun bir alternatif olabilir. Kayma kipli denetleyicilerinin ana dezavantajı, gerçek zamanlı sistemleri kararsız hale getirebilecek olan çatırtıdır (Chattering). Dinamik kayma kipli denetleyiciler, daha etkin bir şekilde çatırtının üstesinden gelmek için tasarlanmıştır. Ancak, denetleyici çatırtıyı ancak belirli bir seviyeye kadar indirebilirler. Bu nedenle, bu tezde, çatırtıyı azaltma perspektifinde dinamik kayma kipli denetleyicilerinin etkinliğini artırmak için yeni bir erişme kuralı önerilmiştir. Ayrıca, integratörlü endüstriyel süreçleri kontrol etmek için özel olarak tasarlanmış klasik kayma kipli denetleyiciler bozucu sinyalleri yok etmeyebilir. Bu yüzden, literatürdeki bazı araştırma çalışmaları, bozucu sinyalleri gidermek için kayma kipli denetleyiciye ek bir mekanizma kullanmaktadır. Bununla birlikte, bu mekanizma, zamanla değişen ve şiddetli bozulmalarla başa çıkmada yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle, bu tezde, tek bir ayarlama parametresine bağlı yeni bir PID bozucu gözlemcisi kullanılarak, bahsedilen bozucuları reddetmede kayma kipli denetleyicinin kapasitesi geliştirilmiştir. Sağlanan yaklaşımın performansı, integratörlü ve kararsız süreçleri içeren benzetim örnekleri ve gerçek zamanda bir araba sarkaç sistemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Dinamik kayma kipli denetleyicinin ve PID bozucu gözlemcinin performansını daha da geliştirmek için, tekil (Singular) olmayan terminal kayma kipli denetleyici ile birlikte kesir dereceli PID bozucu gözlemcisi kullanılabilir. Ayrıca, daha geniş endüstriyel operasyonları temsil ettiği için denetleyici tasarımında ikinci derece artı zaman gecikmesi modeli kullanılması kapalı çevrim sistemin performansını iyileştirmede daha faydalı olabilir. Terminal kayma kipli denetleyicinin ana avantajları, sistem cevabının hızını artırması ve izleme hatasını azaltmasıdır. Bununla birlikte, tekillik ve çatırtı terminal kayma kipli denetleyicinin önemli dezavantajlarını oluşturur. Dolayısıyla bu tezde, basit bir tekil olmayan terminal kayma kipli yüzey ve yeni bir uyarlamalı erişme kuralı geliştirilmiş ve bahsedilen eksiklikleri giderilirmiştir. Ayrıca, klasik PID bozucu gözlemcisine göre bozucu sinyalinin tahmin hatasını azaltmak için yeni bir kesir dereceli PID bozucu gözlemcisi önerilmiştir. Önerilen yöntemin performansı, simetrik olmayan süreçler, yük frekans kontrolü ve sıvılaştırılmış doğal gaz taşıyıcıları gibi endüstriyel süreçlerin benzetim sonuçları ve gerçek zamanlı bir araba sarkaç sistemi kullanılarak test edilmiştir. Yukarıda önerilen yöntemler, doğrusal sistemleri kontrol etmek için önerilmiştir. Ancak, çoğu gerçek zamanlı uygulamalar doğrusal değildir. Dolayısıyla, doğrusal-olmayan modeli göz önüne alan doğrusal-olmayan denetleyiciler, doğrusal-olmayan sistemin performansını doğrusal denetleyicilere daha fazla iyileştirebilir. Yeni bir değişken kazançlı geri adımlamalı doğrusal-olmayan denetleyici önerisi bu tezdeki diğer bir katkıyı oluşturmaktadır. Önerilen yöntem, klasik geri adımlamalı denetleyicine göre doğrusal olmayan sistemlerin performansını iyileştirmede ve ayrıca pratik uygulamalar için de uygun olan basit bir uyarlamalı mekanizma içermektedir. Burada, önerilen yöntemin performansı, tek bağlantılı bir robot kolunun benzetimi ve bir dSPACE-DS1104 kartı ile 7.5-kW asenkron motor kullanılanımasın ile gerçek zamanlı olarak test edilmiştir. Önerilen değişken kazançlı geri adımlamalı doğrusal-olmayan denetleyici, yalnızca üçgen biçimli doğrusal-olmayan sistemlerin kontrol etmek için uygundur. Bu nedenle, doğrusal-olmayan sistemleri kontrol etmek için daha genel bir yaklaşım geliştirmeye ihtiyaç vardır. Bu sebeple, bu tezde, çoklu-girişli çok-çıkışlı belirsiz doğrusal-olmayan sistem sınıfı için yeni uyarlamalı ölü vuruşlu terminal kayma kipli denetleyici önerilmiştir. Önerilen yöntemde belirsizlik ve çatırtı problemlerinin büyük ölçüde ele alınmaktadır. Önerilen denetleyicin literatürde bildirilen diğer denetleyicilere üstünlüğü, çift ters sarkaçlı araba ve bir helikopter sistemini içeren iki benzetim örneği ile gösterilmiştir. Karmaşık doğrusal-olmayan sistemler için kesin bir matematiksel model belirlemek zordur. Ayrıca, kontrol teknisyenleri veya araştırmacılar bu modeli oluşturmak için gereken uzmanlığa sahip olmayabilir. Diğer taraftan, modelin kontrol yapısında kullanılması, parametre değişiklikleri olduğunda kontrol algoritmasını olumsuz etkileyebilir. Bu nedenle, bu tezde önerilen yeni uyarlamalı ölü vuruşlu terminal kayma kipli denetleyicinin performansı sinir ağları ve bulanık mantık kullanarak geliştirilmiştir. Önerilen yöntem, bozucu ve parametre değişimleri gibi olumsuzluklara açık karmaşık doğrusal-olmayan sistemleri kontrol etmede pratik uygulamalar için daha elverişlidir. Bu tezde, önerilen uyarlamalı ölü vuruşlu terminal kayma kipli denetleyicinin sinir ağları ve bulanık mantık ile birlikte kullanılmasının faydaları ters sarkaç sistemi üzerindeki benzetim sonuçları ile gösterilmiştir.

Özet (Çeviri)

This Ph.D. dissertation presents a number of new fruitful control strategies for regulating linear and nonlinear systems. To appeal to a broader audience of control professionals and researchers, these strategies are introduced at varying levels of complexity and difficulty. For regulating linear systems, which can be modeled by integrating or unstable process transfer functions with time delays, new analytical adjustment formulas based on the centroid of the stability region are proposed to solve the difficulties of setting the gains of the PI-PD controller. The proposed methods relative to the techniques published in the literature are straightforward and time-saving. Also, a slightly more intricate scheme based on a dynamic sliding mode controller and PID disturbance observer is developed for controlling linear integrating and unstable industrial processes when a more robust controller is required to operate in a hostile industrial environment associated with time-varying turbulences and parameter perturbations. The proposed control offers reduced chattering levels with a strong performance against sharp disturbances and model fluctuations. Moreover, a new adaptive dynamic nonsingular terminal sliding mode control and a new PID fractional disturbance observer are introduced for controlling industrial processes in the form of second-order linear processes with time delays. In comparison to the aforementioned technique, the proposed controller with a somewhat more sophisticated structure delivers smaller tracking errors, chattering rates, and overshoots. However, in systems with strong nonlinearity, linear systems may not allow the controller to appropriately compensate for nonlinear forces. As a result, this dissertation proposes various new nonlinear control mechanisms for complex nonlinear systems. In this context, a novel adaptive backstepping control technique, that is convenient for execution in real-time and robust against disturbances and parameter perturbations, is proposed to regulate nonlinear triangular systems. In addition, an innovative adaptive dead-beat sliding mode control for governing nonlinear uncertain nontriangular systems is built, which offers fewer chattering levels and less tracking errors than techniques taken from the literature. Furthermore, the controller's topology is updated utilizing neural networks and fuzzy logic systems to forecast unmodeled nonlinear components in extremely sophisticated unknown nonlinear systems. To demonstrate the practicality and superiority of the proposed methodologies, various simulated examples, simulated applications in industrial settings, and several real-time tests are employed. The real-time setups that have been used for testing the proposed techniques include a twin rotor multi-input multi-output system, a cart inverted pendulum, and a 7.5-kW induction motor.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    556917

    NARMA-L2 controller design for nonlinear systems using online lssvr

    Doğrusal olmayan sistemler için çevrimiçi en küçük kareler destek vektör regresyonu ile NARMA-L2 kontrolör tasarımı

    GÖKÇEN DEVLET ŞEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜLAY ÖKE GÜNEL

  2. Tez No

    837073

    Differential flatness-based fuzzy controller design for aggressive maneuvering of quadcopters

    Çok rotorlu hava araçlarının agresif manevra kontrolü için diferansiyel düzlük tabanlı bulanık kontrolör tasarımı

    ÇAĞRI GÜZAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR

  3. Tez No

    100815

    Neuro-Fuzzy variable structure control of robotic manipulators

    Robot kollarının bulanık yapay sinir ağları ile değişken yapılı kontrolu

    HASAN PALAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2000

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. M. KEMAL SARIOĞLU

  4. Tez No

    798375

    Robust and intelligent control of unmanned aerial vehicles

    İnsansız hava araçlarının akıllı ve gürbüz kontrolü

    ABDURRAHMAN BAYRAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHacettepe Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ÖNDER EFE

  5. Tez No

    46455

    Elektrik makinaları kontrolünde bulanık mantığın uygulanması

    Fuzzy logic applications in control of electrical machines

    NESLİHAN KEPEZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. M. EMİN TACER

Geri Dön