Ölü Zamanlı Sistemlerde Üyelik Fonksiyonlarının Taban Aralığının Ayarlanmasına Dayalı Bulanık Kontrolör Tasarımı

Abstract

Bulanık kontrolörler, sistem başarımını geleneksel kontrolörlere nazaran önemli ölçüde artırabilme ve matematik modelden bağımsız tasarlanabilme özellikleri başta olmak üzere sağladığı avantajlar sebebiyle birçok çalışmanın odak noktasını oluşturmaktadır. Bulanık mantık yaklaşımı ile oluşturulan kontrolörler, klasik yöntemin etkisiz kaldığı karmaşık yapılı sistemlerde, yapısal ve ayarlama parametreleri üzerinde esnek tasarım yapılabilme özelliği nedeniyle başarı ile uygulanabilmektedir. Endüstriyel süreçlerin büyük bir bölümünü oluşturan ölü zamanlı süreçlerin kontrolünde, özellikle gecikmenin zaman sabitine göre büyük olduğu durumlarda, geleneksel kontrolörlerin başarımı yeterli olmayabilmektedir. Bu çalışmada bulanık kontrolörlerin yapısal parametrelerinden olan üyelik fonksiyonu taban noktalarının, ölü zamanın diğer bir deyişle gecikmeli bilginin sebep olduğu etkileri giderecek şekilde belirlenmesine ilişkin yeni bir yöntem önerilmiştir. Bu amaçla, ölü zaman ve sistem zaman sabitini içeren kontroledilebilirlik sabitine bağlı bir fonksiyon elde edilmiş ve bu fonksiyondan yararlanılarak PID tipi bulanık kontrolörün çıkış üyelik fonksiyonlarının taban aralıkları ayarlanmıştır. Elde edilen üyelik fonksiyonu taban aralığı ayarlamalı bulanık kontrolörün başarımı, farklı parametrelere sahip birinci dereceden ölü zamanlı sistemler ve birinci dereceden ölü zamanlı sistem olarak modellenebilen yüksek mertebeli sistemler ve doğrusal olmayan sistemler üzerinde yapılan benzetim çalışmaları ile değerlendirilmiş ve yöntemin etkinliği ortaya konulmuştur. Ayrıca, yöntemin, ölü zaman ve zaman sabiti değişimlerine bağlı olarak dayanıklılığı incelenmiş ve bulanık kontrolör için kullanılan kural tabanı sayısının değişimine bağlı olarak önerilen yöntemin geçerliliği değerlendirilmiştir.

Fuzzy controllers have been the focus of many studies due to their various advantages such as their performance improvement with respect to the conventional controllers and independent structures from mathematical model. Because of their flexible design ability on structural and tuning parameters, the controllers designed using fuzzy logic approach, can succesfully be performed on complex systems on which the conventional control methods are not sufficient. In the control of the systems with dead time, which arises in most of the industrial processes, the performance of the conventional methods are not satisfactory when the dead time is relatively greater than the system time constant. In this study, a new method is proposed to tune the membership functions of fuzzy logic controllers so that to compensate the effect of dead time on the system performance. For this reason, a function that depends on the controlability constant, which involves the dead time and the system time constant, is obtained and the base interval of the output membership functions of the PID type fuzzy logic controller are tuned according to this function. The performance of the fuzzy logic controller with the proposed membership function base interval tuning is demonstrated through simulation studies on first order systems with dead time and nonlinear or high order systems that can be modeled as first order systems with dead time to show the effect of the porposed tuning method. Moreover, the robustness of the method is analyzed due to dead time and system time constant variations.On the other hand, the effect of changing the rule base of fuzzy logic controller obtained.