PID denetleme
56 theses under this subject heading
Dört motorlu bir insansız hava aracı için adaptif kontrol sistem tasarımı
Son yıllarda pek çok araştırmaya konu olmuş çok rotorlu insansız hava araçlarından quadcopterler veya quadrotorlar (dört rotorlu insansız hava araçları), çeşitli işlevleri yerine getirebilmek için kontrol sistemine ihtiyaç duyar. Bu çalışmada, Qball-X4 isimli quadrotorun konum ve açı denetlemesi, farklı kontrol yöntemleriyle ele alınmış ve karşılaştırılmaları yapılmıştır. Bunun için öncelikle kullanılan quadrotorun var olan dinamikleri kullanılarak, önerilen denetleyiciler için Matlab/Simulink benzetim ortamında cihazın her bir eksendeki hareketinin kontrolü incelenmiştir. Kullanılan denetleyiciler; kontrol sistemi tasarımında, literatürde geniş uygulama alanı bulan, temeli bilinmeyen ve/veya değişken sistem parametrelerine dayanan adaptif kontrol, dinamiği belli olan sistemlerde kullanılan LQR (Doğrusal Karesel Düzenleyici) kontrol ve klasik kontrol yöntemlerinden PID (Oransal-İntegral-Türevsel) kontroldür. Matlab/Simulink benzetim ortamında test edilen bu denetleyicilerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Adaptif kontrol sistemi, ayrıca gerçek sisteme aktarılarak performans değerlendirmesi yapılmıştır.
Kesirli dereceli kontrol sistemlerinin dayanıklı analiz ve tasarımı
Kesirli dereceli türev ve integral klasik hesaplamanın gelişiminden beri bilinen bir kavramdır. Fakat, karmaşık yapısından ötürü uzun yıllar boyunca genellikle matematikçiler tarafından incelenen bir konu olarak kalmıştır. Bu konuyu cazip kılan en önemli özelliği gerçel sistemleri tamsayı dereceli yaklaşımlara göre daha iyi ifade etmesidir. Bu tez çalışmasında, kesirli dereceli kontrol sistemlerinin dayanıklı analiz ve tasarımı ile ilgili çalışmalar yer almaktadır. Yapılan çalışmalar kısaca şöyle özetlenebilir: Sürekli kesir açılımı metodu kullanılarak ?=0.1,0.2,?,0.9 için s^??nın tamsayı dereceli yaklaşımları hesaplanmış ve birer tablo halinde sunulmuştur. Aralık türünden derece belirsizliğine sahip kesirli dereceli türev (s^([??,¯?])) için tamsayı dereceli eşdeğer transfer fonksiyonları elde edilmiştir. Kararlılık sınır eğrisi metodu kullanılarak kesirli dereceli zaman gecikmeli kontrol sistemleri için PI, PD ve PID kontrolör tasarımı yapılmıştır. Tamsayı dereceli yaklaşımlar kullanılarak orjinal sistemin ve yaklaşımların kararlılık bölgesi üzerindeki etkileri gözlemlenmiştir. Kararlılık sınır eğrisi metodu kullanılarak kesirli dereceli zaman gecikmeli sistemler için kesirli dereceli PI^? D^?, PI^?, PD^? kontrolör tasarımı yapılmıştır. Bu tür kontrolörler için zaman cevabı analizini yapabilmek amacıyla MATLAB?da Simulink blok diyagramları oluşturulmuştur. Ağırlıklı geometrik merkez metodu kullanılarak kesirli dereceli zaman gecikmeli sistemler için PI^?, kontrolör tasarımına yönelik bir çalışma sunulmuştur. Aralık belirsizlik yapısındaki kesirli dereceli polinomların kararlılığı incelenmiştir. Kesirli dereceli aralık polinomlar için Kharitonov teoreminin kullanılamayacağı gösterilmiştir. Bu tip polinomların değer kümelerinin elde edilmesi için kenar teoremine dayalı bir yöntem sunulmuş ve dayanıklı kararlılık analizleri yapılmıştır. Bunun yanısıra aralık türünden kesir derece belirsizliğine sahip kontrol sistemlerinin dayanıklı kararlılığı incelenmiştir. Ters sarkaç sistemi için kesirli dereceli PI^? D^? kontrolör kullanılarak bazı performans deneyleri yapılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Kesirli dereceli kontrol sistemleri, kesirli dereceli kontrolörler, PID, parametre belirsizliği, dayanıklı kararlılık, tamsayı dereceli yaklaşımlar, ters sarkaç sistemi.
Bulanık mantık denetimli alçak gerilim statik var kompanzasyon sisteminin modellenmesi ve plc ile gerçeklenmesi
Günümüzde elektrik enerjisi maliyetlerinin artması ile birlikte, tüketiciler için enerjinin verimli kullanımı çok önem kazanmıştır. Elektrik enerjisinin verimli kullanılmasının yöntemlerinden biri reaktif güç kontrolü ve kompanzasyonudur. Bir enerji kalitesi sorunu olan reaktif gücün azaltılması; bir başka deyişle kompanze edilmesi, kritik önem taşır. Enerjinin daha verimli kullanımı için yönetmeliklerde yapılan değişikliklerle beraber, reaktif enerji tüketiminde limitlerin düşürülmesi, reaktif güç kompanzasyonunun önemini arttırmıştır. Gelişen teknolojiyle beraber mikroişlemcilerin güç elektroniği sistemlerinde kullanılmaya başlamasıyla birlikte, kontrol sistemleri ve güç katı maliyetlerinin düşmesi, tristörlü kompanzasyon sistemlerini, geleneksel elektromekanik kompanzasyon sistemleriyle rekabet edebilir hale getirmiştir. Özellikle dengesiz yüklenmelerin olduğu ve yükün hızlı değiştiği durumlarda, alçak gerilim reaktif güç kompanzasyonu istenilen güçlerde ekonomik bir çözüm olarak ortaya çıkmaktadır. PLC kullanılarak gerçekleştirilen bu çalışmada, harmonikler ihmal edilerek reaktif güç kompanzasyonu sabit kapasite ve tristör kontrollü reaktör (SK-TKR) ile tasarlanmıştır. Tasarlanan kompanzatör PID, bulanık mantıkla birlikte yapılan PID (BPID) ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) kontrol yöntemleri uygulanarak reaktif güç kompanzasyonu yapılmıştır. Uygulanan yöntemlerin sonuçları arasında kıyaslama yapılmıştır. Uygulanan kontrol yöntemleri ile PID performans verilerinden olan aşma, büyük ölçüde ortadan kaldırılmıştır. Üçgen ve yamuk üyelik fonksiyonlu BPID ile yerleşme zamanının azaltılması sağlanmıştır.
Güncel metasezgisel algoritmalarla denetleyici optimizasyonları
En uygun duruma getirme olan optimizasyon işlemi, mühendislikte en sık kullanılan adımlardan/süreçlerden birisidir. Herhangi bir mühendislik probleminde, belirli koşullar altında mümkün olan alternatiflerin (çözümlerin) içinde en iyisinin seçimi birçok açıdan (verim, maliyet vb.) son derece önemlidir. Matematiksel olarak bakıldığında bu işlem; belirlenen amaç fonksiyonunu istenen tanım aralığında optimum (en uygun) yapan değeri bulmaktır. Bunun için farklı yöntemler (deterministik, rassal vb.) mevcuttur. Son yıllarda optimizasyon problemlerinin çözümünde metasezgisel algoritmalardan geniş alanda faydalanılmaktadır. Bu doğrultuda da birçok metasezgisel algoritma geliştirilmiş ve geliştirilmeye devam edilmektedir. Evrimsel, doğadan esinlenilen (sürü tabanlı, fizik/kimya tabanlı, biyolojik tabanlı, insan tabanlı, vb.) gibi türleri olan bu algoritmalar özellikle büyük ve çok boyutlu optimizasyon problemlerinin çözümünde son derece başarılı sonuçlar vermektedirler. Elektrik-Elektronik Mühendisliği alanında denetleyiciler ve bunların tasarımları çok önemlidir. Temel PID denetleyicilerde ilgili katsayıları ayarlamak için klasik yöntemler (Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, vb.) mevcuttur. Gerçekleştirilen tez çalışmasında ise PID türü denetleyicilerdeki katsayıların ayarlanması, güncel altı tane metasezgisel algoritma ile gerçekleştirilmiştir. Bu metasezgisel algoritmalar kullanılarak farklı sistemler için P, PI ve PID denetleyici tasarımları, değişik kriterler (mutlak hatanın toplamı, hata karelerinin toplamı, zaman ağırlıklı mutlak hatanın toplamı, zaman ağırlıklı hata karelerinin toplamı ve özel hata fonksiyonu) altında yapılarak performansları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.
Bulanık mantık yöntemi ile sıvı seviye kontrolü
Bu çalışmada değişik kontrol uygulamalarında deney amaçlı olarak kullanılmak üzere bir sıvı seviye düzeneği geliştirilmiştir. Deney düzeneği seviye kontrol tüpündeki sıvı seviyesi PID ve bulanık mantık kontrol yöntemleri kullanılarak kontrol edilmiştir.Geliştirilen sistemin önce matematiksel modeli çıkarılmıştır. Model oluşturulurken fiziksel yasalardan yararlanılmış, sistem için bir model önerilmiş önerilen bu matematiksel modelde elde edilemeyen parametreler sistem tanıma metotları ile elde edilmiştir. Sistem tanımada sisteme uygulanan farklı giriş işaretlerine karşılık sistemin verdiği cevaplar kaydedilmiş, elde edilen veriler kullanılarak sistemi ifade eden birinci derece polinom ifadesi ve grafiksel sonuçlar çıkarılmıştır. Daha sonra ise sisteme zamanla sürekli değişen bir işaret uygulanmış ve sistemin bu işarete karşılık cevabı kaydedilmiştir. Elde edilen bu veriler kullanılarak sıvı seviye sistemi için en küçük kareler yöntemi ile fiziksel modellemede elde edilemeyen parametreler bulunmuştur.Sisteme PID kontrol ve bulanık mantık kontrol yöntemleri uygulanmıştır. Bulanık mantık kontrol yöntemi uygulanırken üçgen üyelik fonksiyonu kullanılarak kural tabanı oluşturulmuş, oluşturulan kurallar sistemin tepkisine göre değiştirilmiştir. Bulanık mantık kontrolün verdiği sonuçlar, PID kontrol ile karşılaştırılmıştır. Bulanık kontrolde üyelik fonksiyonu ve kurallar iyi ayarlandığında başarılı sonuçların alındığı görülmüştür.
Blade pitch angle controller in wind turbines
Wind turbines have become the most important renewable energy source. When the speed of Wind turbines is above nominal, the blade pitch angle has to be controlled to ensure that the wind turbines operate safely and the output power is stable. The present research is an attempt to determine the type of control concerning the angle of inclination for blade pitch in wind turbines by applying the MATLAB (Simulink) program and modern control systems to obtain the best and highest output power. Firstly, the basic system of wind turbines is addressed, followed by the design of the proposed model and the basic mathematical equations by taking into account the external factors related to the wind turbine blades that affect the speed of rotation of the turbine. In this thesis, five types of control; PID, Fuzzy logic, Fuzzy logic with PID, Fuzzy Type- 2, and Fuzzy Type- 2 with PID have been applied and compared. The results showed that Fuzzy Type- 2 with PID provides the best controls. Finally, the ideal wind speed that works in wind turbines is determined along with the best blade pitch angle to generate electricity without any loss.
PID parameters tuning based on Dandelion optimization algorithm for dc motor
In various applications demanding precise control over position and speed, such as robotics and CNC machines, the utilization of direct current (DC) motors has been widely acknowledged. In this context, an exhaustive investigation into a permanent magnet DC motor (PMDC) has been undertaken in this thesis. A cascaded P-PI controller has been formulated and executed to manage the rotational speed and angular position of the motor. Comprised of three individual controllers, the cascaded configuration has been engineered such that the first controller is committed to current regulation, the second to speed adjustment, and the third to position governance. To optimize the control methodology for the DC motor, various algorithms have been explored. The Classic Method (CM), genetic algorithm (GA), butterfly optimization algorithm (BOA), and dandelion optimization algorithm (DOA) have been applied to this purpose. Performance criteria have been employed to compare these four algorithms. It was found that DOA exhibited the shortest rise time of 0.076 seconds and the least overshoot of 3.13%, thus being identified as the superior option for motor control. Following closely, BOA demonstrated a rise time of 0.08 seconds and a somewhat elevated overshoot of 4%. On the other hand, GA was observed to be less efficacious with a protracted rise time of 0.35 seconds, settling time of 0.5 seconds, and the highest overshoot at 8.1128%. Optimization of the PID controller parameters was subsequently carried out using DOA, in light of its exceptional response to time-domain features and its attainment of desired performance metrics. The cascaded P-PI controller, when optimized with DOA, has been shown to facilitate superior control over the PMDC motor's speed and position. By virtue of this optimization, an enhanced level of accuracy and stability has been achieved, making the system more reliable and efficient in practical applications that necessitate rigorous control over motor variables. Through systematic evaluation, it has been revealed that the cascaded P-PI controller's architecture enables a more refined and effective control strategy. Additionally, the benefit of employing optimization algorithms for fine-tuning the controller has been distinctly verified. Among the algorithms scrutinized, DOA emerged as the most effective in optimizing the PID controller parameters, thereby substantiating its applicability and efficacy in real-world scenarios. The findings of this thesis have significant implications for industries and applications where precise motor control is paramount. Through the implementation of the cascaded P-PI controller optimized by DOA, an advancement in the state of the art in motor control has been realized. The research has successfully addressed the inherent challenges related to speed and position control in PMDC motors and has laid down a robust foundation for future work in this domain. Thus, a comprehensive understanding of the comparative advantages and limitations of various optimization algorithms in the context of PMDC motor control has been achieved, culminating in the identification of DOA as the preeminent choice for optimization.
Mikrodenetleyici kullanılarak PWM AC kıyıcı ile asenkron motor kontrolunun incelenmesi ve gerçekleşririlmesi
Şebeke gerilimi ile beslenerek, yüke verilen ac gerilimin efektif değerini değiştiren ac kıyıcılar, ısıtma, aydınlatma, ac motor hız ayan gibi endüstriyel uygulamalarda, güç kontrolü amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Faz kontrol tekniği kullanılarak yapılan güç kontrolunda, faz kontrol açısına bağlı olarak, yük gerilimi harmoniklerinin arttığı, yük akımında kesintilerin oluştuğu ve ac şebeke güç faktörünün düştüğü bilinmektedir. AC kıyıcılarda, faz kontrol tekniğinde meydana gelen mahzurların düzeltilmesi amacıyla PWM teknikleri kullanılmaktadır. Bu tezde, akım kontrollü asimetrik PWM AC kıyıcı ile asenkron motor hız kontrolü sistemi incelenmiş, kıyıcının matematiksel modeli çıkarılmış ve devre simülasyonu yapılmıştır. PIC16C71 mikrodenetleyicisi ile PID algoritması kullanılarak ve hız geribeslemesi yapılarak, sistemin bir uygulaması gerçekleştirilmiştir. Kullanılan PIC mikrodenetleyicisi ve PID algoritmasının tanıtımına da geniş yer verilmiştir. Sıhhatli bir şekilde çalışan sistem üzerinde, ölçü aletleri ve osiloskop ile muhtelif deneysel sonuçlar alınmıştır. Gerçekleştirilen sistemde, motorun geniş bir hız aralığında kararlı bir şekilde çalıştığı ve yüklenmelere karşı iyi cevap verdiği gözlenmiş, güç faktörü değerlerinin oldukça iyi olduğu ve çıkış gerilimi harmoniklerinin makul bir seviyede kaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca, kontrolün mikrodenetleyici ile yapılmasının, kontrol istekleri ile motor ve yük değişikliklerine program değişikliği ile cevap verme imkanı getirdiği, sistemin daha esnek ve kararlı, daha ekonomik ve endüstriyel olmasını sağladığı anlaşılmıştır.
Modelling and control of vertical landing rockets
This thesis focuses on a research initiative initiated by SpaceX and Blue Origin, aiming to develop cost-effective rocket technology through vertical landing experiments. The study aims to design a controller to simulate the flight and vertical landing of a rocket, thereby creating a dynamic model for the rocket. In the process of deriving the dynamic model of the rocket's motion equations, various control systems such as gimballed engines, cold gas thrusters, grid fins, and traditional fins will be mathematically modeled using Simulink, a MATLAB-based graphical modeling environment. At the core of the study are comprehensive comparisons of PID (Proportional-Integral-Derivative) controllers, LQR (Linear Quadratic Regulator) controllers, MPC (Model Predictive Control) controllers, and RL (Reinforcement Learning) algorithms in the context of rocket control. The study delves into the simplicity of the PID controller, the optimization principles in LQR design, and the complexity of the MPC controller, focusing on their effectiveness and limitations in successfully controlling the rocket. This thesis stands out as a critical step toward the development of cost-effective rocket technology. The obtained results provide a crucial foundation for future designs of rocket control systems, holding the potential to shape advancements in this field.
Modelden bağımsız kayan kipli kontrol teknikleri kullanılarak mikroişlemcili bir kontrolcü geliştirilmesi
Kontrolcüler sistemlerin verimliliğini artırması, maliyetlerini düşürmesi, çıktı kalitelerini artırması gibi birçok faydaları sebebiyle yıllardan beri geniş kullanım alanı bulmaktadır. Endüstride genellikle PID kontrolcü tarzı klasik kontrolcüler tercih edilmektedir. Ancak gelişen teknoloji, karmaşıklaşan sistemler ve sistemleri modellemenin gittikçe zorlaşmaya başlamasıyla yeni kontrol algoritmalarına ihtiyaç doğmakta, mikroişlemcili kontrolcüler gittikçe yaygın hale gelmektedir. Bu çalışmada, açık kaynaklarda yer almaya başlayan modelden bağımsız kayan kipli kontrol tekniklerinin pratikte de uygulanabilir olduğu geliştirilen mikrodenetleyicili bir kontrolcü ile ortaya konulmuştur. Bu amaçla, bir asılı sarkaç sisteminin açısal konum kontrolü modelden bağımsız kayan kipli kontrol yöntemlerinden yararlanılarak geliştirilen mikroişlemcili kontrolcü ile gerçekleştirilmiştir. IMU algılayıcısından aktarılan veriler değerlendirilerek hesaplanan sarkaç açısı referans açı değeri ile karşılaştırarak elde edilen kontrol sinyali ile pervaneyi döndüren fırçasız doğru akım motoru sürülmektedir. Ayrıca, mikrodenetleyici ile geliştirilen özgün arayüz sayesinde kullanıcıdan komut alınabilmekte ve sistemin çıktıları kullanıcıya yansıtılabilmektedir. Çalışmada çok sayıda benzetim ve deney yapılmış olup elde edilen cevap eğrilerinden, klasik PID kontrolcü ile de karşılaştırarak, modelden bağımsız kayan kipli kontrol tekniklerinden yararlanılarak geliştirilen mikroişlemcili kontrolcünün basit ve gürbüz yapısıyla tatmin edici sonuçlar verdiği görülmüş, gelecek çalışmalara yönelik önerilerde bulunulmuştur.
Bir vidalı tahrik sisteminin tablasına bağlı esnek bir kirişin konum ve titreşim bastırma kontrolü
Endüstride hareket kontrolleri gereken birçok alanda sistemin kontrolü yapılırken titreşim veya salınım önemli sorun oluşturmaktadır. Özellikle yüksek hassasiyet gereken kontrollerde bu durum daha da önemli olmaktadır. Dolayısıyla hem konum hem de titreşim bastırma kontrolünü aynı anda gerçekleştirebilecek kontrol yöntemlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Açık kaynaklara göre, hareket kontrollerinde çokça tercih edilen vidalı mil tahrik sistemlerinin tablasının konum ve titreşim bastırma kontrolü konusunda yeterince çalışma olmadığı görülmektedir. Hassas makine kontrolleri için sınırsız uygulama alanı olan bu konuda hem teorik hem de uygulamalı bir çalışma ile katkıda bulunulması amaçlanmıştır. Çalışmada, doğru akım servomotor ile sürülen bir vidalı mil tahrik sisteminin tablasına rijit bağlı esnek bir Euler-Bernoulli ankastre çubuğunun titreşim bastırma kontrolü yapılmaktadır. PID ve modelden bağımsız kayan kipli kontroller ile oluşturulan kontrol sinyali ile tablanın konumu ile çubuğun titreşim bastırma kontrolü aynı anda gerçekleştirilmektedir. Hem tablanın konum kontrolü hem de çubuğun titreşim kontrolünü tatmin edici şekilde sağlayabilecek bir kontrol sinyalini oluşturabilmek için eniyileme yaklaşımı ile kontrolcü kazançları ayarlanmaktadır. Daha iyi sonuçlar alınabilmesi için kayan kipli kontrol gibi ileri kontrol tekniklerinin kullanılmasının gerekliliği ortaya konulmakta, ileriki çalışmalar için önerilerde bulunulmaktadır.
Planar electromagnetic levitation system control
Magnetic levitation (Maglev) is a technique to suspend an object without any mechanical support. It has become the greatest technology in the railway's infrastructure domain. There are three types of maglev technology, Electromagnetic suspension system (EMS), Electrodynamics suspension system (EDS) and Inductrack technology. In this study, the EMS has been used based on one degrees-of-freedom (1-DOF) suspension system model. The main objective of this study is to establish stabilized controlling of closed-loop system for 1-DOF Maglev experimentally using a real-time control Simulink feature of (SIMLAB) microcontroller. Proportional Integral Derivative (PID) and Linear Quadratic Regulator (LQR) controllers, as well as phase lead compensation controller are utilized to examine the stability performance of the Maglev control system under the effect of unbalanced change of load and wave signal on Maglev plane. The physical system contains four parallel coils with four magnet discs on the lifting plane. The mathematical model of EMS system has been derived to analyze and predict the system response. The effect of unbalanced change of applied load on single point, line and plane are presented. Furthermore, in order to study the effect of sudden change in input signal, the input of wave signal has been applied on all points of the prototype maglev plate simultaneously. The results of pulse width modulation (PWM) reveal that the control system using LQR controller provides faster response to adjust the levitated plane comparing to PID controller. Moreover, the airgap distance that is controlled using PID controller is rather stable with little oscillation. Meanwhile, LQR controller has provided more stability and homogeneous response.
Filament ekstrüzyon makinelerinde pıd ile sıcaklık denetimi
Üç boyutlu yazıcılarda kullanılan filamentler, ekstrüzyon makinelerinde üretilirler. Filament üretiminde genel olarak sıcaklık hassasiyeti büyük bir önem taşımaktadır. Filament üretim süreci dakikalar aldığından geleneksel PID denetimi aç - kapa röle veya kontaktör ile istenilen sıcaklık hassasiyeti elde edilmesi zordur. Bu cihazların sıcaklık ölçümleri hassas olsa bile; sistemin verdiği tepki ve ısıtıcı kontrollerinin filament ekstrüzyonuna uygun olmamasından dolayı, ±5°C hassasiyet ile çalışmaktadırlar. Bu hassasiyet, filament ekstrüzyon sistemleri için oldukça düşüktür. Bunun sonucunda oluşan ısı dalgalanmaları sırasında eriyik plastikte yanma, kırılganlık, düşük çap hassasiyeti gibi sorunlar ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada SSR (Solid State Relay) çıkışı olan, hassas sıcaklık ölçümü kullanan, plastiğin sıcaklığını ayarlanan değerde ±1°C hassasiyette tutan bir PID denetleyicisi tasarlanmıştır. Geliştirilen ekstrüzyon makinesinde yapılan deneysel sonuçlar ile istenilen sıcaklık hassasiyeti elde edilmiş ve yüksek kalitede filament üretimi gerçekleştirilmiştir.
Elektrik güç sistemlerinde kararlılık problemlerinin yerçekimi algoritması ile incelenmesi
Günümüzde Elektrik Enerjisi ihtiyacındaki artışa bağlı olarak, kaliteli ve güvenilir enerji talebi giderek artmaktadır. Elektrik enerjisinin sabit gerilim ve frekans değerinde tüketiciye sunulma zorunluluğu bulunmaktadır. Bu durum elektrik güç sistemlerinde kararlılık problemlerini ortaya çıkarmıştır. Elektrik enerjisinin üretimi tüketicinin elektrik enerjisi talebine bağlı olarak senkron generatörler tarafından karşılanmaktadır. Elektrik güç sistemleri enterkonnekte bir yapıya sahip oldukları için sistemdeki tüm generatörlerin senkronizmada kalması istenmektedir. Sistemde meydana gelebilecek küçük veya büyük bozucu etki sonrasında senkron generatörlerin gerilim ve hız değerlerinde salınımlar ortaya çıkmaktadır. Bu salınımların sönümlenmesini sağlamak amacı ile güç sistemlerinde gerilim ve yük frekans kontrolü, temel kararlılık problemleri arasında yer almaktadır.Bu çalışmada, Otomatatik Gerilim Regülatörü (OGR) ve Yük Frekans Kontrolörü (YFK) için en iyi yerleşme zamanlarını belirlemek ve salınımları önlemek amacı ile katsayıları Yerçekimi Arama Algoritması (YAA) ile belirlenmiş olan, Proportional?İntegral?Derivative (PID) kontrolör önerilmiştir. Örnek güç sistemlerinin PID kontrolleri için matlab-simuling modelleri oluşturulmuş ve transfer fonksiyonları çıkarılmıştır. Farklı çalışma koşulları altında, PID katsayılar önce klasik yöntem Ziegler-Nichols (ZN) yöntemiyle ile bulunmuştur. Daha sonra aynı değerler Genetik Algoritma (GA) ve son olarak YAA ile elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Çalışma OGR ve YFK için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, OGR ve YFK her iki uygulamasında da, YAA yöntemi ile elde edilen PID katsayılarının kullanılması durumunda sistemin daha kısa sürede yerleşme zamanına ulaştığı, daha az salınımlı olduğu görülmüştür. Sonuç olarak güç sistemi kararlılık problemlerinin analizinde YAA'nın iyileştirici sonuçlar verdiği görülmüştür.
Değişken parametreli bir alt ekstremite güçlendirme robotunun mekanik tasarımı ve ileri kontrol algoritmalarının uygulanması
Robotlar, uzun yıllar endüstride kullanılıyor olsalar dahi teknolojik gelişmeler sonucunda insan hareketlerini desteklemek amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. Bu tez çalışmasında sağlıklı insanların yorgunluk seviyelerini azaltmak ve yük taşıma kapasitelerini arttırmak amacıyla bir alt-ekstremite güçlendirme robot tasarımı yapılmış, prototip üretimi gerçekleştirilmiş ve deneysel çalışma ile uygulanan kontrol yöntemlerinin performansları değerlendirilmiştir. Tez çalışması, robotun ve insan bacağının matematiksel modelinin oluşturulması, farklı kontrol yöntemleri için benzetim çalışmalarının yapılması, deney düzeneğinin mekanik ve elektronik tasarımı, deney düzeneğine farklı kontrol yöntemlerinin ve parametrik değişikliklerin uygulanması ile sonuçların elde edilmesi ve bu sonuçların karşılaştırılması bölümlerinden oluşmaktadır. Tez çalışması kapsamında literatürde karşılaşılmamış bir matematiksel model oluşturulmuş ve benzetim çalışmaları içerisinde kullanılmıştır. MATLAB ile çözümü gerçekleştirilen hareket denklemleri sonucunda, robotun bacak hareketlerini başarılı bir şekilde izlediği gözlemlenmiştir. Prototip üretimi için gerekli mekanik ve elektronik tasarımlar gerçekleştirildikten sonra deney düzeneği ortaya çıkarılmıştır. MATLAB/Simulink ile modellenen her bir kontrol yöntemi sisteme uygulanmıştır. Ayrıca 5 farklı durum ortaya çıkarmak amacı ile sistemin parametreleri değiştirilmiştir. Bu farklı durumlara her bir kontrol yöntemi ayrı ayrı uygulanarak deneysel uygulama sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen bu sonuçların karşılaştırılmaları yapılarak kontrolcülerin performansları değerlendirilmiştir.
Sıvı seviye ve akış sistemlerinin modellenmesi, simülasyonu ve mikro denetleyicilerle kontrolünün gerçekleştirilmesi
ÖZET Bu tez çalışmasında, endüstriyel amaçlı seviye ve akış transduseri, solenoid ve oransal vana ile birlikte mikro işlemci esaslı süreç kontrolörlerle donatılan bir sıvı seviye ve akış kontrol sistemi hazırlanmıştır. Öncelikle kontrol sistemlerinde kullanılan transduserler ve vanaların karakteristikleri çıkarılmış ve endüstriyel süreç kontrolörlerin kullanımı ve programlanması araştırılmıştır. Hazırlanan kontrol düzeneklerinin deneysel olarak elde edilen basamak cevaplarından yararlanarak yaklaşık matematiksel modelleri çıkarılmıştır. Bulunan yaklaşık matematiksel modeller, PID kontrolör tasarımı ve PID parametresi ayarlama yöntemleri için kullanılmıştır. Deneysel olarak elde edilen matematiksel modellerden yararlanarak sıvı seviye ve sıvı akış kontrol sistemleri için köklerin yer eğrisi tekniği ile PID kontrolör tasarımı incelenmiş ve MATLAB/Simulink ortamında kontrol sisteminin simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Diğer taraftan sistemlerin deneysel olarak elde edilen cevaplarından yararlanarak Ziegler–Nichols gibi çeşitli PID parametresi ayarlama yöntemleri ile PID kontrolörün parametreleri hesaplanmıştır. Kontrol sisteminden elde edilen simülasyon ve deneysel sonuçlar, kontrol sisteminin performansının tatmin edici olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Süreç denetleyiciler, Sıvı Seviye Kontrolü, Sıvı Akış Kontrolü, PID Kontrol, Aç-Kapa Kontrol.
EMG sinyalleri ile çok fonksiyonlu protez el simülatörünün kontrolü
İnsanlar yaralanmalar, kazalar veya herhangi bir tıbbi rahatsızlık sonucunda uzuv kaybı yaşayabilirler. Son yıllarda araştırmacılar bu ve buna benzer durumlarda eksik olan uzvun yerini alacak olan protez cihazların tasarımı ve kontrolü alanında pek çok çalışma gerçekleştirmektedirler. Biyolojik elin işlevlerini taklit eden protez ellerin fonksiyon kabiliyeti parmakların birbirlerinden bağımsız yaptıkları hareket sayısı arttıkça artar. Bu referans bakış açısı ile şekillendirilen tez çalışması kapsamında biyoelektriksel sinyaller kullanılarak protez ele altı farklı parmak hareketi kazandırılmış ve protez elin işlevselliği artırılmıştır. Yüzey Elektromiyografi yöntemi ile dört kastan yüzey elektrot grubu yardımı ile biyoelektriksel sinyaller kaydedilmiştir. Kaydedilen biyoelektriksel sinyaller bir dizi ön işlemden geçirilmiş ve EMG sinyallerinin maksimum, etkin, ortalama, varyans ve enerji gibi öznitelikleri hesaplanmıştır. Etkin bilişsel etkileşim ağı oluşturulabilmek için İleri Yayılımlı YSA, Kademeli İleri Yayılımlı YSA, Radyal Tabanlı YSA, Kesin Radyal Tabanlı YSA, Olasılıksal Tabanlı YSA, Regresyon Tabanlı YSA, En Yakın Komşu ve Destek Vektör Makinası sınıflandırma algoritmaları kullanılmış ve sınıflandırma başarıları karşılaştırılmıştır. 3D yazıcı ile beş parmaklı ve on beş eklemli protez el prototip imal edilmiş ve ayrıca SimMechanics ortamında protez el simülatörü tasarlanmıştır. Biyoelektriksel sinyallerin sınıflandırılması ile elde edilen hareket tipi bilgisi ile simülatör ve prototip elin kontrolü gerçek zamanlı olarak yaklaşık %70 başarım ile gerçekleştirilmiştir. Protez elin her bir eklemine bağlı motorların konum kontrolleri tasarlanan PID (Proportional Integral Derivative) ve Kayan Kipli Kontrolör ile sağlanmıştır. Böylece kullanıcı kişi ile protez el arasında bilişsel bir iletişim ağı kurulmuş, protez elin altı hareket için gerçek zamanlı kontrolü biyoelektriksel sinyaller ile sağlanmıştır. Anahtar Kelimeler: EMG, Çok Fonksiyonlu Protez El, SimMechanics, Bilişsel Kontrol
Pnömatik motor ile tahrik edilen DA generatörü çıkış geriliminin kontrolü
Günümüzde enerji talebi, petrol gibi zamanla azalmakta olan ve çevreyi kirleten enerji kaynaklarından günes, rüzgar gibi temiz ve güvenilir enerji kaynaklarına dogru kaymaktadır. Bu gelismelere paralel olarak gerçeklestirilen tez çalısmasında, generatör tahriki için basınçlı hava ile çalısan pnömatik motor kullanılmıstır. Generatör çıkısını motorlu valf ile ayarlamak için gerekli sistem tasarımı yapılarak valfe baglanan Dogru Akım motoru PID denetleyiciyle sürülmektedir. Yapılan deney çalısmalarında elde edilen generatör çıkıs gerilim egrileri incelenerek basarım analizi sunulmaktadır.
Statik senkron seri kompansatör için kaskad yapılı optimal kontrolör tasarımı
Bu çalışmada, Statik Senkron Seri Kompansatör (SSSC) içeren sonsuz baraya bağlı tek makineli güç sisteminde kaskad kontrolör yapısı kullanılarak sistemin kararlılığının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. SSSC güç sistemine seri bağlanan bir Esnek Alternatif Akım İletim Sistemleri (FACTS) denetleyicisidir. FACTS denetleyicileri güç akış kontrolünde ve sistemlerin geçici ve kalıcı kararlılığın iyileştirmede kullanılabilmektedir ve güç sistemi salınımları azaltılabilmektedir. Söz konusu denetleyiciler, ayrıca elektrik iletim maliyetini düşürmekte, güç osilasyonlarını ve reaktif güç akışını azaltmakta ve bunun sonucunda hattın daha fazla aktif güç taşınmasını sağlamaktadır. Kontrol sistemlerinde sisteme herhangi bir bozucu geldiğinde bu sistemin bozucu karşısında iyi bir performans göstermesi gerekir. Klasik kontrol sisteminin bir alternatifi olan Kaskad kontrol, özellikle öngörülmeyen bozucuların varlığında kontrol siteminin performansını artırmaktadır. Bu çalışmada SSSC içeren sonsuz baraya bağlı tek makineli güç sisteminde kaskad kontrol yapı kullanılarak sistemin kararlılığının iyileştirilmesi sağlanmıştır. Bu çalışmada PI-PI ve PID-PI kontrolörler kaskad kontrol sisteminin dış ve iç döngülerinde kullanılarak; kaskad kontrolörün hafif, orta ve ağır yük şartları altında diğer kontrolörler ile olan performansları karşılaştırılmıştır. Optimize edilmiş olan değerler ile önerilen kaskad kontrolörden en iyi performansı gösteren kaskad kontrolör, SSSC'nin kontrolü için literatürde önerilen salınım sönümleme kontrolörü ve klasik PID kontrol sistemleri ile karşılaştırılmıştır. Benzetim çalışması sonuçlarında SSSC'nin kontrolü için önerilen kaskad kontrolörün, sönümleme kontrolü ve klasik PID kontrol sistemleri karşısında daha üstün bir salınım sönümleme performansı sergilediği gözlemlenmiştir.
PI ve PID kontrolör tasarımı için genelleştirilmiş kararlılık bölgelerinin oluşturulması
Bu çalışmada, endüstriyel uygulamaların büyük bir bölümünü oluşturan zaman gecikmeli süreçlerin kapalı çevrim kararlılığı için genelleştirilmiş bir kontrolör tasarım metodu sunulmuştur. Bu metot ile açık çevrim kararlı, kararsız ve integratör içeren transfer fonksiyonuna sahip süreçleri kapalı çevrim kararlı yapan tüm Oransal İntegral (PI) ve Oransal İntegral Türevsel (PID) kontrolör parametre değerlerinin belirlenmesi sağlanabilir. Önerilen metotta, açık çevrim kararlı artı zaman gecikmeli süreçlerin birinci derece artı zaman gecikmeli (FOPDT) model transfer fonksiyonu ile modellenebileceği kabul edilmiştir. Benzer şekilde, integratörlü artı zaman gecikmeli süreçlerin integratörlü artı birinci derece artı zaman gecikmeli (IFOPDT) model transfer fonksiyonu ile modellenebileceği ve açık çevrim kararsız artı zaman gecikmeli süreçlerin ise kararsız birinci derece artı zaman gecikmeli (UFOPDT) model transfer fonksiyonu ile modellenebileceği varsayılmıştır. Kontrolörün ve süreç transfer fonksiyon modelinin normalize edilmiş formları, kapalı çevrim süreci kararlı yapan tüm PI ve PID kontrolör ayar parametrelerinin belirlenmesi için Genelleştirilmiş Kararlılık Sınırı Bölgeleri (GKSB)'nin oluşturulmasında kullanılmıştır. Önerilen metot ile süreç transfer fonksiyonunun değişmesi ile Kararlılık Sınırı Bölgesi (KSB)'nin yeniden oluşturulması gerekliliği ortadan kaldırılmıştır. Oluşturulan GKSB'ler ile kararlı, kararsız ve integratör içeren transfer fonksiyonuna sahip süreçler için kapalı çevrim süreci kararlı yapan tüm PI ve PID kontrolör parametre değerleri belirlenebilmektedir. Gerçek süreç ile model transfer fonksiyonları arasında tam bir eşleşme olması durumunda, önerilen metot herhangi bir yaklaşıklık içermez. Ancak, gerçek süreç transfer fonksiyonu yüksek dereceden olursa önerilen metot bazı yaklaşıklıklar içerebilir. Bu durumun üstesinden gelmek için bazı öneriler sunulmuştur. Sunulan metodun kullanımının gösterilmesi amacıyla örneklere yer verilmiştir.
Tek serbestlik dereceli bir dengeleme mekanizmasının bulanık mantık ile kontrolü
Dengeleme sistemleri gemi ve uçakların hareket eksenlerine dik düzlemdeki salınım hareketlerin kontrol edilmesinde kullanılır. Bu projede tek serbestlik dereceli denge platformu tasarlanıp, oransal integral türevsel kontrol algoritmaları ve Mamdani tipi ve Takagi-Sugeno tipi bulanık mantık ile kontrol testleri yapılmıştır. Tek serbestlik dereceli denge platformu; düzlemsel bir platform üzerine dengeleyici ağırlık mekanizması, bir mil, bir lineer yatak ve yaylı germe mekanizması ile gerdirilen bir dişli kayış ve motor bağlantısı yapılarak gerçekleştirilmiştir. Bu düz platform yatayda orta eksenden bir çalışma miline bağlanarak yataklanmıştır. Ana mil eksenine bir potansiyometre bağlanarak pozisyon geri beslemesi sağlanmıştır. Dengeleme sistemini kontrol edecek olan kontrol düzeneği ise veri toplama kartından ve motoru kontrol edebilmek için darbe genişliği ile hız kontrol sinyali üreten devre ve motor sürücü devresinden oluşmaktadır. Bu düzenek üzerinde yapılan deneyler ile matematiksel modelimizin parametreleri bulunmuştur.Daha sonra da oransal integral türevsel (PID) ve Bulanık mantık ile kontrol algoritmaları Matlab Simulink programı aracılığıyla doğrusallaştırılmış, doğrusal olmayan benzetim modelleri ve gerçek zamanlı sistem üzerinde uygulanmıştır.Bu çalışmanın deney sonuçlarına bakılarak yaygın olarak kullanılan ve birbiri yerine kullanılabilecek kontrol algoritmalarının enerji tüketimleri karşılaştırılmıştır.
Sanal mikroskobi uygulaması için otomatik lam yükleyici
Sanal mikroskop, mikroskop altında bulunan cam lamın incelenme deneyimini bilgisayar ortamında sanal olarak veren sistemlerdir. Sanal mikroskobinin verimli bir şekilde kullanılabilmesi için lamların, başka bir kullanıcıya ihtiyaç duyulmadan lam kasetinden alınıp, mikroskob objektifi altına yerleştirilmesi gerekmektedir. Otomatik lam yükleyicisi, programlanmış konumdaki lamı, lam kasetinden hassas şekilde alıp, mikroskobun lam sehpasına koymalı ve lam üzerindeki örneğin görüntüsü alındıktan sonra lamı ilk konumuna geri bırakmalıdır. Bu tezde, bu tür otomatik lam yükleyicisi robot sisteminin mekanik ve elektronik tasarımı yapılarak entegrasyon gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan robot, silindirik düzenleşime sahip, ilk eklemi dönel, ikinci eklemi birinci ekleme paralel ve prizmatik, üçüncü eklemi ise ikinci ekleme paralel ve prizmatiktir. Döner olan ilk eksende sonsuz vida-dişli sistemi tercih edilmiş olup diğer iki eksende ise motordan gelen döner hareket doğrusal harekete bilyalı vida sistemi ile çevrilmiştir. Denetim sistemi olarak yaygın ve efektif bir kontrol algoritması olan kapalı döngü PID (Oran-İntegral-Türev) kontrol algoritması kullanılmıştır. TI F28335 (DSP) mikrokontroller kartı kullanılarak PID kontrolcü ve diğer ilgili giriş çıkış sinyalleri elde edilmiştir. Programlama ortamı olarak Matlab Simulink ortamı seçilmiştir. Mekanizmamızın uç işlevcisinin konumu verilip, verilen konuma göre motorların hareket miktarı, ters kinematik ve dişli denklemleri ile hesaplamıştır ve uç işlevcicinin verilen konumuna ulaşma davranışı incelenmiştir. P, I, D katsayılarının etkileri araştırılmış ve ilgili sonuçlar alınmıştır. İstenen konum ve ulaşılan konum değerleri karşılaştırıldığında yapılan hatanın %2 değerinden daha düşük olduğu görülmüştür.
Nanometre hassasiyetinde robotik taşıma sistemi tasarımı
Bu tez kapsamında nanometre hassasiyetinde istenen değerde doğrusal biçimde bir uzama hareketi yapabilen doğrusal bir piezoelektrik motor sistemi ve denetimi için piezoelektrik eyleyici tasarlanmıştır. Bu çalışmada sadece maddenin hareketinin mikroskop görüntüleri ile ölçülmesi ve istenilen konuma gelip orada kalabilecek kadar kararlı bir denetleyici tasarımı olacaktır. Nanometre hassasiyetindete bir motorun tasarlanması için Piezoelektrik madde kullanılmalıdır. Diğer tür motorlarda istenilen hassasiyetin yakalanması piezoelektrik maddeye göre çok daha zordur. Piezoelektrik maddenin özelliği gereği yüksek gerilimlerde düşük yer değiştirme oranlarına sahip olmalarıdır. Bu tezde kullanılan piezoelektrik madde için önerilen voltaj değişimi 0-150volt aralığında olup bu gerilim değişiminde uzama miktarı kullanılan piezoelektrik malzemeye göre 0-40mikrometre yer değiştirmeye sahiptir. Bu tez kapsamında ilk önce piezoelektrik madde için bir sürücü devresi tasarlanmıştır. Bu sürücü devresi PWM tekniği ile çalışan bir sürücü devresidir. Tasarlanan sürücü devresi Bilgisayar ortamında modellenerek PWM tekniği ile nasıl çalıştığı ve istenilen şartları sağladığı kontrol edilmiştir. Piezoelektrik madde çok az yer değiştirmeye sahip olduğu için görüntü işleme teknikleri ile yerdeğiştirme miktarı ölçülmüştür. Bu ölçüm tasarlanan geribeslemeli denetim sisteminin geribesleme bilgisi olarak kullanılarak, istenen uzama miktarı ile arasındaki hata en aza indirilmeye çalışılmıştır. Denetim algoritması olarak PID denetleyici kullanılmıştır. Kamera ile ölçülen yerdeğiştirme bilgisi arzu edilen uzama değerinden çıkarılarak PID denetleyiciye gönderilmiş ve istenilen yerdeğiştirmeye göre bir denetim sinyalinin üretilip PWM tekniği ile piezoelektrik sürücüye gönderilmesi sağlanmıştır.
Parçacık sürü optimizasyonu ve Ziegler-Nichols metodunu kullanarak dc motorun hız kontrolü için pıd parametrelerinin belirlenmesi ve karşılaştırılması
Otonom sistemlerin en önemli bileşenlerinden birisi otomatik kontrol sistemleridir. Otomatik kontrol konusunda hem çok sayıda araştırma yapılmakta hem de çok sayıda proje geliştirilmektedir. DC motorların gerek otonom sistemlerde gerekse endüstride çok fazla kullanılmasından dolayı bu çalışmada DC motorlar seçilmiştir. DC motor hız kontrolü için PID kontrolör kullanılmış ve parametreleri iki farklı yaklaşımla ayarlanmıştır. Birinci yaklaşım Ziegler-Nichols metodu (ZN), ikinci yaklaşım ise nispeten daha yeni bir yöntem olan Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) metodudur. Mutlak hataların toplamı türünden performans metriği ile yaklaşımların birbirine göre performansları hesaplanmıştır. Sistem farklı referans çeşitleri ve farklı yük çeşitleri altında test edilmiş ve sonuçlar raporlanmıştır. Uygulanan tüm referans ve yük çeşitlerinde PSO yaklaşımının ZN'ye göre performansının daha yüksek olduğu görülmüştür. Özellikle karmaşık referans ve yük çeşitlerinde performans farkının daha da arttığı gözlemlenmiş ve sonuçlar paylaşılmıştır. İlerideki çalışmalarda daha karmaşık referans ve yük çeşidi uygulayıp, sonuçların gerçek sistem sonuçları ile karşılaştırılması önerilmektedir.