Optimal PI Controller Design for Controlling Stable Processes with Inverse Response and Dead Time

Abstract

Keywords

• Stable processes,Inverse response processes,Time delay,PI controller,Integral performance criteria

Kararlı ters cevaplı artı zaman gecikmeli sistemler için optimal PI denetleyici tasarımı

Öz

PID tip denetleyiciler endüstriyel uygulamalarda çok yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu denetleyicilerin ayar parametrelerini belirlemek için literatürde birçok tasarım yaklaşımlarının kullanıldığı görülmektedir. İntegral performans indeksi PID tip denetleyicilerin ayar parametrelerini belirlemede sıklıkla kullanılan yaklaşımlardan biridir. Bu çalışmada, kararlı ters cevaplı artı zaman gecikmeli süreçleri denetlemede kullanılacak optimal PI parametrelerini veren analitik denklemlerin türetilmesi verilmiştir. Bu amaçla, kararlı ters cevaplı artı zaman gecikmeli süreçleri tanımlayan bir model varsayılmış ve kontrol yapısının hata fonksiyonu üzerinde tekrarlanan optimizasyon işlemleri ile süreç transfer fonksiyonu parametreleri ile PI denetleyici parametreleri arasındaki ilişkiyi veren analitik denklemler ISTE, IST²E ve IST³E integral performans kriterlerine dayalı olarak elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Kararlı Süreçler,Ters Cevaplı Süreçler,Zaman Gecikmesi,PI Controller,İntegral Performans Kriteri

References

1. Åström, K. J. (1970) Introduction to Stochastic Control Theory. Academic Press.
2. Ali, A. ve Majhi, S. (2011) ‘Integral criteria for optimal tuning of PI/PID controllers for integrating processes’, Asian Journal of Control, 13(2), pp. 328–337.
3. Camacho, O., Rojas, R. ve Garcia, W. (1999) ‘Variable structure control applied to chemical processes with inverse response’, ISA Transactions, 38, pp. 55–72
4. Chen, C.-T. (1993) Analog and Digital Control System Design: Transfer-function, State-space, and Algebraic Methods. Saunders College.
5. Chien, I.-L., Chung, Y.-C., Chen, B.-S., Chuang, C.-Y. (2003) Simple PID controller tuning method for processes with inverse response plus dead time or large overshoot response plus dead time. Ind. Eng. Chem. Res. (42), pp. 4461–4477.
6. Dorf, R. C., Bishop, R. H. (1995) Modern Control Systems. Addison-Wesley.
7. Jeng, J. C., ve Lin, S. W. (2012) ‘Robust proportional-integral-derivative controller design for stable/integrating processes with inverse response and time delay’, Ind. Eng. Chem. Res. 51(6), pp. 2652–2665.
8. Kaya, İ. (2001) ‘Tuning Smith predictors using simple formulas derived from optimal responses’, Ind. Eng. Chem. Res., 40(12), pp. 2654–2659.

9. Kaya, İ., ve Cengiz, H. (2017) ‘Optimal Tuning of PI/PID Controllers for Integrating Processes with Inverse Response’, International Conference on System Theory, Control and Computing, ICSTCC 2017, pp. 722–727.
10. Kaya, İ. (2018a) ‘Controller design for integrating processes with inverse response and dead time based on standard forms’, Electrical Engineering, 100(3), pp. 2011-2022.
11. Luyben, W. L. (2000) ‘Tuning proprotional-integral controllers for processes with both inverse response and deadtime’, Ind. Eng. Chem. Res., 39(4), pp. 973–976.
12. Luyben, W. L. (2003) ‘Identification and tuning of integrating processes with deadtime and inverse response’, Ind. Eng. Chem. Res., 42(13), pp. 3030–3035.
13. Shamsuzzoha, M. ve Skogestad,S. (2010) ‘The setpoint overshoot method: A simple and fast closed loop approach for PID tuning’, J. Process Control. 20(10), pp. 1220–1234.
14. Skogestad. S. (2003) ‘Simple analytic rules for model reduction and PID controller tuning’, J. Process Control, 13, pp. 291–309.
15. Visioli, A. (2001) ‘Optimal tuning of PID controllers for integral and unstable processes’, IEE Proceedings Control-Theory and Applications. 148(2), pp. 180–184.
16. Zhuang, M., ve Atherton, D. P. (1993) ‘Automatic tuning ofoptimum PID controllers’, IEE Proceedings-D,Control theory and applications, 140(3), pp. 216-224.