Otomatik Ayarlamalı Sinir Hücresi ile Adaptif Kesir Dereceli PID Kontrolör Tasarımı

Yıl 2018, Sayı: 8, 100 - 118, 01.01.2018

Hüseyin Arpacı , Ömerül Faruk Özgüven Mehmet Serhat Can

Öz

Bu makalede, otomatik ayarlama nöronları oto-nöron kullanarak adaptif kesir dereceli PID FO-PID kontrolörün katsayılarının kendiliğinden ayarlanmasına yönelik bir çalışma sunulmaktadır. Katsayıların kendiliğinden uygun bir şekilde ayarlanması yani adaptif kontrol, pratik kontrol uygulamalarında dayanıklılık için çok önemlidir. Çünkü parametre belirsizlikleri ve dış etkenler nedeniyle sistemin katsayılarının değişmesi kontrolörün dayanıklılığını olumsuz yönde etkileyebilir. Kesir dereceli PID kontrolörün adaptif özelliğe sahip olabilmesi için, bu çalışmada önerilen yöntemi kullanarak kontrolörün oransal, integral ve türev kazanç katsayıları çevrimiçi olarak belirlenir. Otonöronlar, meyilli azalım gradient descent optimizasyonu ile kontrolörün kazanç katsayılarını en uygun şekilde herhangi bir ön eğitime gereksinim olmadan ayarlarlar. Bu nedenle hatayı azaltarak kontrolörün performansını arttırırlar. Kontrol işlemi sırasında kontrol edilen sisteminin parametrelerinde bozulma gerçekleşirse, bu bozulmaya karşı oto-nöronlar kontrolör katsayılarını otomatik olarak uyarlama işlemini gerçekleştirirler. Ayrıca bu çalışmada FO-PID kontrolörün Tustin yöntemi kullanarak ayrık zaman domeninde modellenmesi gerçekleştirilir. Böylece önerilen yöntem pratik kontrol uygulamaları için FO-PID kontrolörün uygulanabilirliğini kolaylaştırır. İki simülasyon örneğinde önerilen adaptif kontrol yönteminin performansını göstermek için MATLAB/Simulink kullanılarak oto-nöron içeren FO-PI, FO-PD, FO-PID kontrolörlerin tasarımı gerçekleştirilmiş ve birim basamak cevapları sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Kesir dereceli PID kontrolör, Otomatik ayarlamalı nöron, Adaptif kontrol, dayanıklılık

Adaptive Fractional PID Controller Design with Auto-Tuned Neural Cell

Öz

In this article, we present a study for the automatic adjustment of the coefficients of the adaptive fractional PID FO-PID controller using auto-tuning neurons auto-neurons . The automatic adaptation of the coefficients adaptive control is very important for robustness in practical control applications. Because parameter uncertainties and changes in the coefficients of the system from external factors can adversely affect the robustness of the controller. In order to have the adaptive feature of the fractional PID controller, the proportional, integral and derivative gain coefficients of the controller are determined online using the method proposed in this study. Auto-neurons with gradient descent optimization, adjusts the gain coefficients of the controller optimally without any prior training needs. This improves the controller's performance by reducing the error. If deterioration occurs in the parameters of the controlled system during the control process, the auto-neurons automatically adapt the controller coefficients in response to this decay. Also in this study, by using the Tustin method the discrete time domain modeling of FO-PID controller is performed. Thus, the proposed method facilitates the applicability of the FO-PID controller for practical control applications. To show the control performance and robustness of the proposed adaptive control method, first the FO-PI, FO-PD and FO-PID controllers including auto-neuron designed by using MATLAB / Simulink and then the unit step responses for two simulation examples are presented.

Anahtar Kelimeler

Fractional order PID PIλD µ controller, Auto-tuning neuron, Discretization Methods, Parameter tuning