Öz Ayarlamalı Ve Sıçramasız Geçişli Kontrol Sistemi Tasarımı

Abstract

PID kontrolörler, endüstride pek çok süreci kontrol etmek için anlaşılması ve kullanımı kolay bir kontrol yapısı olduğundan çok sık kullanılmaktadırlar. Bunun yanında, kullanıcılar PID kontrolör parametrelerinin ayarı ile uğraşmak istememektedirler. Bu sebeple günümüzde ticari PID kontrolörlerin pek çoğunda kendi kendini ayarlama özelliği bulunmaktadır. Yarı iletken teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde PID kontrolör yapılarına bu özelliklerin de eklenebilmesi kolaylaşmıştır. Ayrıca, bu konularda yapılan bilimsel araştırmaların sayısı da her geçen gün artmaktadır. Bu çalışmada yeni bir öz ayarlamalı PID kontrol yöntemi önerilmiştir. Bunun için literatürdeki belli başlı sistem tanıma ve PID kontrol yöntemleri incelenmiştir. Ardından PID kontrolör ayarlama yöntemleri incelenmiş ve bir serbestlik dereceli PID kontrolör yapısı ile sistemin referans yanıtının ve yük bozucularına karşı yanıtının aynı anda optimum olarak ayarlanamadığı, alternatif yöntem olarak da iki serbestlik dereceli yapıların kullanılması gerektiği saptanmıştır. Daha sonra da iki serbestlik dereceli bir PID kontrolör yapısı seçilmiş ve birinci serbestlik dereceli kısmın parametreleri, en küçük kareler kestirimi yöntemiyle yapılan sistem tanımanın ardından, Ziegler - Nichols yöntemi kullanılarak ayarlanmıştır. İkinci serbestlik dereceli kısmın parametre ayarı için önce genetik optimizasyon yöntemi kullanılmış ardından aynı işi daha kısa sürede yapabilen bir yöntem önerilmiştir. Son olarak da sistem tanıma süreci ile PID kontrolör yapısı birleştirilerek ve aradaki geçişin sıçramasız biçimde olması sağlanarak sıçramasız geçişli ve öz ayarlamalı yapıda yeni bir kontrol yöntemi önerilmiş ve önerilen yöntem değişik örnek sistemler üzerinde denenerek başarımı gösterilmiştir

PID controllers is used in the industry in many process control loops. PID controllers is used very often thats why its structure is easy to use and understand. But users who is using the PID controllers in their systems dont want to tune the PID parameters by themselves. For this reason many commercial PID controllers have auto tuning and self tuning capabilities. Today it is easy to add this facilities to the PID controllers with the improvements of the semiconductor technology. Also researchs in this areas is increasing day by day. In this work a new method have been suggested for the self tuning of the PID controllers. For this purpose common methods for system identification and PID control is investigated. Then PID tuning methods is reviewed shortly. And it is concluded that one degrees of freedom PID controller structures would never tune to optimum for both setpoint response and disturbance response at the same time and two degrees of freedom PID controllers is to be used for this purposes. After that a two degrees of freedom PID controller structure is selected and first degrees of freedom part have been tuned with Ziegler - Nichols method. And for tuning of the second degrees of freedom part first genetic optimization methods have been used after that a new method have been suggested for optimization for reducing the calculation time. And lastly a new method is suggested with combining the system identification, PID control and bumpless transfer methods named ‘Bumpless Switching and Self Tuning PID Control’. And the performance of the controller is verified by computer simulations.