Proses Kontrol Sistemleri İçin Kayan Kipli Kontrol Geliştirilmesi ve FPGA-Temelli Pratik Uygulanması

Abstract

Dayanıklı ve etkin proses kontrol sistemleri proseslerin çalışma güvenliğini ve güvenirliğini sağlamak için endüstride en çok istenen kontrol sistemleridir. Mevcut proses kontrol yaklaşımları büyük çoğunlukla PID kontrol ve ampirik proses modelleri temellidir. Böyle klasik yaklaşımlar proses dinamiğindeki nonlineerlikler, bozucular ve parametre değişikliklerinin varlığında dayanıklılık ve performans sorunlarına neden olabilmektedir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri?nde proses kontrol sistemlerinin üstesinden gelemediği anormal durumlar, yaklaşık 10 milyar dolarlık yıllık gelir kaybına neden olmaktadır. Bunun temel sebebi, klasik kontrol yaklaşımlarıyla kontrol sistemlerinin dayanıklılık sorunlarının çözülememesidir. Çünkü klasik metotlar dayanıklı olmayan yaklaşımlardır ve proseslerin iç dinamikleri ile ilgili bilgilerden yeterince faydalanamamaktadırlar. Ayrıca, kontrol yapılarındaki çok çeşitlilik ve oldukça genel akort metotlarının kullanılması proses kontrol sistemlerinin performansını düşürmektedir. Bu projede hem ayrıntılı durum-uzay modeli ile tanımlanan hem de indirgenmiş-mertebeli modeller (giriş?çıkış modelleri) ile tanımlanan prosesler için kayan kipli kontrol (KKK) metotları geliştirilmiştir. Geliştirilen KKK metotları endüstride oldukça yaygın bir şekilde kullanılan PID kontrolörler ile performans yönünden karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Önerilen kontrol metotları, belirsizliklerin varlığında prosesin kararlılığını artırmakta ve optimuma yakın performans verebilmektedir. Geliştirilen metotların etkinliği nümerik simülasyonlar ve deneysel çalışmalar ile gösterilmiştir. Deneysel çalışmalarda DC servo sürücülü konveyör sistemi ve manyetik levitasyon sisteminin dayanıklı kontrolü yapıldı. Manyetik levitasyon teknolojisi temassız ve sürtünmesiz hareketi mümkün kıldığından özellikle yüksek hızlı trenler ve yüksek doğruluk ile çalışması gereken sistemlerde tercih edilir. Ancak sistemin doğal yapısı kararsızdır, nonlineer bir dinamiğe sahiptir ve zamanla değişen endüktans değerine sahiptir. Bu nedenle, bu projede kapsamında geliştirilen dayanıklı KKK metotları manyetik levitasyon sistemine uygulanmış ve oldukça iyi sonuçlar alındığı gösterilmiştir.