Search

Bu çalışmada, seri tip ikili ters sarkaç sisteminin kontrolü için kontrolör tasarımı yapılmıştır. Seri tipteki çift ters sarkaç sisteminin matematiksel modeli Lagrange hareket denklemi kullanılarak elde edilmiştir. LQR kontrol, sayısal kontrol ve kök yer eğrisi tabanlı kontrolör uygulanması amacıyla sistem kararsız denge noktası etrafında doğrusallaştırılmış, doğrusallaştırılmış modelin transfer fonksiyonu ile durum uzay modeli elde edilmiştir. Doğrusallaştrılmamış model ve doğrusallaştırılmış model kullanılarak tanımlanan sistemin kontrolü amacıyla farklı türlerde kontrolörler tasarlanmış, tasarlanan kontrolörler için sayısal simülasyon yapılarak farklı kontrol türleri uygulanması durumundaki sistem davranışı incelenmiştir. Tasarımı yapılan kontrolörler LQR (Linear Quadratic Control), sayısal kontrol (Digital Control), PID kontrol, bulanık (fuzzy) kontrol türlerinde olup kök yer eğrisi yöntemiyle de bir kontrolör tasarımı yapılmıştır. Sayısal simülasyonda MATLAB/Fuzzy Toolbox/Simulink yazılımları kullanılmıştır. kontrolör tasarımı yapılmıştır. Sayısal simülasyonda MATLAB/Fuzzy Toolbox/Simulink yazılımları kullanılmıştır. Tasannu yapılan LQR kontrol, sayısal kontrol, PID kontrol ve kök yer eğrisi tabanlı kontrolörlerin doğrusallaştırılmış sisteme uygulanması durumlarına ait sistem performanstan karşılaştırılmıştır. Aynca, doğrusallaştırılmamış gerçek sistemde bulanık ve PID türündeki kontrolörler kullanılması durumlarına ait sistem performansı da karşılaştırılmıştır., In this thesis, controller design is realized in order to control a series type double inverted pendulum system. The mathematical model of the double inverted pendulum system is obtained by using Lagrange's equation of motion. The system is linearized around the unstable equilibrium point in order to apply LQR control, digital control and root locus based control schemes. Ttransfer function and state space model of the linearized system is obtained in order to apply various controlller types. Various types of controllers are designed in order to control the system which is described by both nonlinear and linear models. Computer simulations were carrid out for obtaining the system behaviour corresponding to various controller types applied. m Controllers are designed for LQR (Linear Quadratic Control) control, digital control, PID control, fuzzy control and root locus based control. MATLAB/Fuzzy Toolbox/Simulink softwares were used in the computer simulations. Performance of the linearized system with different controller types (LQR control, digital control, PID control and root locus based control) are discussed and compared with each other. In addition, system performance of double pendulum system with fuzzy and PID controllers were are discussed and compared with each other.

Bu tez, elektrikli ısıl işlem fırınlarına farklı kontrol stratejilerinin uygulamalarını hedef almaktadır. Öncelikle, elektrikli bir ısıl işlem fırınının ısıl davranışını tanımlayan bir dinamik model geliştirilmiş ve fırının durum denklemleri standart matris formunda elde edilmiştir. Daha sonra sayısal hesaplamalarda kullanılan sistem parametreleri belirlenmiştir. Yalıtımın etkisini incelemek için fırının yalıtım duvar katmanının yapısı üç farklı şekilde tasarlanmıştır. Belirlenme zorluklarından dolayı, fırının iç refrakter katmanı ve ısıl işlem gören malzeme arasındaki konveksiyon/radyasyon direncinin üç farklı değeri seçilmiştir. Hesaplamalar işlem gören malzemenin iki farklı kütle değeri için yürütülmüştür. Aç-kapa, PID, optimum ve düşük mertebeden durum gözlemleyicileriyle optimum kontrol yöntemlerinin uygulanması için algoritmalar geliştirilmiştir. Fırında işlem gören malzemeyi ortam sıcaklığından belli bir referans sıcaklığına getirmek için her bir kontrol yöntemi uygulanarak sayısal simulasyonlar yapılmıştır. Sonuçlar kontrol doğruluğunu ve geçici cevap özelliklerini özetleyen performans kartlarıyla sunulmuştur. Sistem çıkışının ve diğer önemli sistem değişkenlerinin zaman cevapları grafikler halinde verilmiştir. Simulasyonlardan elde edilen performans kartları ve grafikler düşük mertebeden durum gözlemleyicisi kullanılarak yapılan optimum kontrolün, tüm durum değişkenlerinin geribeslendiği optimum kontrol kadar iyi olduğunu; diğer önerilen kontrol yöntemlerinden çok daha iyi kontrol doğruluğu, göreli kararlılık ve cevap hızı sağladığını göstermiştir., This thesis addresses different kinds of control strategy applications for electrical heat treatment furnaces. First, a dynamic model of an electrical heat treatment furnace has been developed to describe its termal behavior, and the state equations have been obtained in the standard matrix form. Then, system parameters of the furnaces used in the numerical calculations have been determined. Three different values of thickness of the insulation layer have been considered to investigate the effect of insulation on the system behavior. Since determination of the equivalent thermal resistance between the inner furnace wall and the processed material is difficult, three different values of it have been used. The calculations were carried out for two different mass values of the processed material. Algorithms have been developed to perform on-off, PID, optimum, and reduced-order state observer based optimal control methods. Numerical simulations have been carried out to bring temperature of the processed material from the environment temperature to a final reference temperature by using each of the control methods. Results have been presented by performance charts which summarize the control accuracy and the transient response features. Time response of the system output and other relevant variables have been presented in graphical form. Performance charts and graphics obtained from simulations have shown that the reduced-order state observer based optimal control is as good as the optimal control in which all the state variables are employed, and provides much better control accuracy, relative stability and speed of response compared to the other proposed control methods.

Antenler, elektromanyetik dalgalardan istifade ederek uzun mesafeler arasındaki veri iletişimini sağlayan sistem elemanlarıdır. Günümüzde sivil ve askeri uygulama alanlarında, özellikle haberleşme ve radar sistemlerinde antenler yaygın olarak kullanılmaktadır. Hassasiyet ve takip doğruluğunun önemli olduğu bu çalışmalarda anten birimini yanca ve yükseliş eksenlerinde istenilen hedefe yönlendiren servo kontrol sistemleri kullanılır. Doğru akım motoru, hız ve konum denetimi gerektiren servo sistem uygulamalarında önemli bir tahrik unsurudur. Başarılı performans sunması, yüksek verimlilik sağlaması ve kolay bir şekilde kontrol altında tutulabilmeleri sayesinde pek çok uygulamada çeşitli amaçlar doğrultusunda doğru akım motorlarından faydalanılmaktadır. Pratik uygulamalarda sistemler gürültü ve titreşim gibi çeşitli bozucu etkenlere maruz kalabilmektedir. Yine benzer etkenlerden dolayı sistem birimlerinde yer alan parametreler zamanla değişebilir veya tam olarak bilinmeyen parametrelerle modelleme yapılması sebebiyle sistemde belirsizlikler oluşabilmektedir. Hassasiyeti ve takip doğruluğunu olumsuz yönde etkileyen bu gibi etmenler sebebiyle servo sistemlerde kullanılan denetim yönteminin iyi seçilmesi gerekir. Bu kapsamda, kullanılan denetim yöntemlerinin daha hızlı tepki gösterme, bozuculara ve belirsizliklere karşı dayanıklı olmak gibi davranış sergilemeleri istenir. Bu çalışmada, matematiksel modeli çıkarılan anten servo sistemi için sistemin çıkışı olan konumu kontrol etmek amacıyla geleneksel bir kontrol türü olan PID, dayanıklı doğrusal olmayan bir kontrol türü olan kayan kipli kontrol ve bir optimal kontrol türü olan doğrusal karesel Gaussian (LQG) yöntemleri ile kontrolcü tasarımı yapılmış, tasarlanan kontrolcülerin MATLAB/Simulink uygulaması kullanılanarak benzetim ortamında uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Benzer uygulamalar pratikte karşılaşılabilecek bozucu ve belirsizlik içeren benzetim ortamlarında da yapılarak kontrolcülerin gürbüzlüğü değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar çeşitli performans analiz yöntemlerinden yararlanılarak incelenmiştir. Tasarlanan kontrolcülerden elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında, anten servo sisteminde kullanılabilecek en uygun kontrol yöntemi kayan kipli kontrolcü olarak belirlenmiştir., Antennas are system elements that make use of electromagnetic waves and provide data communication between long distances. At the present time, antennas which are widely used in civil and military applications, especially in communication and radar systems. Servo control systems that direct the antenna unit in azimuth and elevation axes are used in these studies where sensitivity and tracking accuracy are important. Direct current motor is an important drive element in servo system applications that require speed and position control. Thanks to their successful performance, high efficiency and ease of control, direct current motors are used in many applications for various purposes. In practical applications, systems can be exposed to various disturbances such as noise and vibration. Again, due to similar factors, parameters may change over time in system units, or uncertainties may occur in the system due to modeling with unknown parameters. For this reason, the control method that is used in servo systems that require precision should be chosen well. In this context, it is required that the control methods behave quick response, robust against disturbances and uncertainties. In this study, controller design has been made with PID, which is a traditional control type, with sliding mode control, which is a nonlinear control type and with linear quadratic Gaussian (LQG), which is an optimal control type for position output of the antenna servo system whose mathematical model has been determined. The designed controllers have been implemented in simulation environment by using MATLAB/Simulink application. Similar applications have been carried out in simulation environments, which can be encountered in practice, which are disturbance and uncertainty, with results the robustness of the controllers have been evaluated. The results that are obtained after simulations have been analyzed by using various performance analyses methods. After comparing the results of designed controllers, the most appropriate control method that can be used in the antenna servo system has been determined as sliding mode controller.