İdeal olmayan da-da düşürücü dönüştürücüler için optimal kesir dereceli pıd denetleyici tasarımı

Bu çalışmada, bir ideal olmayan doğru akımdan-doğru akıma (DA-DA) düşürücü dönüştürücü için kesir dereceli oransal-integral-türev (FOPID) denetleyici tasarımı yapılmıştır. FOPID denetleyicinin kazanç parametreleri, bozucu etkiler dikkate alınarak ve arzu edilen bir sıfır desibel geçiş frekansı aralığında kısıtlama yapılarak tasarlanan özgün bir sezgisel üstü algoritma olan karşıt-tabanlı iş birliği arama algoritması ve Nelder-Mead (OCSANM) isimli algoritma tarafından elde edilmiştir. İlk defa bu çalışma ve bu çalışmadan üretilmiş yayınlar aracılığı ile literatüre kazandırılmış olan OCSANM, iş birliği arama algoritmasına (CSA) Nelder-Mead (NM) algoritması ve karşıt-tabanlı öğrenme (OBL) yöntemleri entegre edilerek elde edilmiştir. OBL, algoritmanın keşif kabiliyetini, NM ise sömürü kabiliyetini geliştirmek için eklenmiştir. Bununla birlikte FOPID denetleyicili ideal DA-DA düşürücü dönüştürücü sistemleri için herhangi bir kısıtlama dahil edilmeden tasarlanmış ve literatürde bu tezin yazıldığı tarihe kadar en yüksek performanslı algoritmalar olan geliştirilmiş açlık oyunları arama (IHGS) ve benzetimli tavlama ile geliştirilmiş Lévy uçuş dağılımı (LFDSA) algoritmaları bu çalışma için sıfır desibel geçiş frekansı kısıtı eklenerek ideal olmayan DA-DA düşürücü dönüştürücü için yeniden tasarlanmış olup önerilen algoritma ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmalar, kutu grafiği analizi, parametrik olmayan istatistiksel testler, kıyaslama fonksiyonları analizi ve yakınsama davranışı gibi analizlerden oluşmaktadır. Bu karşılaştırmalar ile OCSANM’nin en üstün olan yaklaşım olduğu gösterilmiştir. OCSANM ve bu çalışma için yeniden tasarlanmış olan IHGS ve LFDSA algoritmaları ilk defa bu çalışmada ideal olmayan DA-DA düşürücü dönüştürücülerin denetiminde kullanılan bir FOPID denetleyiciye uygulanarak optimum denetleyici parametreleri elde edilmiştir. OCSANM tabanlı FOPID denetleyicili ideal olmayan DA-DA düşürücü dönüştürücü sistemi, CSA, IHGS ve LFDSA algoritma tabanlı sistemler ile birlikte geleneksel bir yöntem olan kutup yerleştirme (PP) yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmada, geçici hal ve frekans cevapları, referans gerilimi takibi, amaç fonksiyonu değerleri, ölçüm gürültüsü ve gürbüzlük analizleri incelenmiştir. Önerilen OCSANM tabanlı sistemin, IHGS, LFDSA ve PP ile karşılaştırıldığında sırasıyla %25.98, %36.71 ve %70.63 daha hızlı yükselme süresi; %14.74, %20,56 ve %78.58 daha hızlı yerleşme süresine sahip olduğu hesaplanmıştır. Ayrıca OCSANM tabanlı sistemin, mevcut yaklaşım tabanlı sistemlerden sırasıyla %38.59, %53.68 ve %67.39 daha fazla bant genişliğine sahip olduğu ölçülmüştür. Bunların yanında OCSANM, CSA, IHGS ve LFDSA algoritmalarının sağladığı optimum FOPID denetleyici parametreleri ve PP yönteminin sağladığı filtreli PID (FPID) parametreleri kullanılarak elde edilmiş ideal olmayan DA-DA düşürücü dönüştürücü sistemlerinin, işlemsel kuvvetlendiriciler (İK) ile analog devreleri gerçekleştirilmiştir. Bu devreler PSIM yazılımında tasarlanmış olup karşılaştırılan tüm yöntemler için geçici hal cevapları, yük ve giriş gerilimi değişimlerinin çıkış gerilimine etkisi ve frekans cevabı analizleri yapılmıştır. MATLAB ortamında yapılan karşılaştırmalarla uyumlu olacak şekilde en iyi sonuçların OCSANM tarafından elde edildiği gösterilmiştir. Bu bulgular, ideal olmayan DA-DA düşürücü dönüştürücü sistemleri için FOPID denetleyicilerin tasarlanmasında OCSANM algoritmasının etkinliğini doğrulamıştır. Son olarak, seçilen yaklaşım yönteminin daha verimli bir yöntem olduğunu göstermek amacıyla, FOPID denetleyicinin tam sayı dereceli hale getirildikten sonra benimsenen derece düşürme seviyesi ile farklı yaklaşım alma yöntemlerinin sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir.