Kayma kipli kontrolörlerde kayma yüzeyi tasarım yöntemlerinin incelenmesi ve sınıflandırılması

Abstract

Kayma kipli kontrol, yüksek hızlı, doğrusal olmayan bir geri besleme ile önceden belirlenen bir kayma yüzeyi üzerinde zamanda süreksiz bir şekilde anahtarlama yapılarak elde edilen, belirgin, doğrusal olmayan, dayanıklı bir kontrol yöntemidir. Bu çalışmada kayma kipli kontrolörlerde önemli bir yere sahip olan kayma yüzeyi tasarım yöntemleri incelenmiştir. Bu incelemeler ile ikili tank sistemi ve ters sarkaç sistemi olmak üzere iki farklı sistem ele alınıp sistem modelleri incelendikten sonra her bir sisteme özgü kayma yüzeyi tasarımları geliştirilmiştir. İkili tank sistemi için kayma kipli kontrolör tasarımında kayma yüzeyi parametresinin durumlara bağlı olarak tasarlanması üzerinde durulmuştur. İkili tank sisteminde geliştirilen yeni tasarım yönteminde, kayma yüzeyi parametresi tanklardaki su yüksekliğine bağlı olarak değişmektedir. Böylece durumlara bağlı değişken kayma yüzeyi kullanılarak yeniden bir parametre ayarlamadan farklı başlangıç koşulları için performansta iyileşme sağladığı görülmüştür. Geleneksel ve güncel birçok kontrol yönteminin sınanması ve geliştirilmesi için kullanılan önemli bir denektaşı problemi olan ters sarkaç sistemi için sabit parametrelere sahip kayma kipli kontrol yapısında parametrelerin sistem başarımı üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Bu analiz sonucunda ters sarkaç sisteminde zamanla değişen parametreler kullanılmıştır. Her iki sistemde kullanılan kayma kipli kontrolör tasarımları ile sistem başarımları iyileştirilmeye çalışılmış, sonuçlar koşturulan benzetimler yardımı ile gösterilmiştir.

Sliding mode control is a deterministic, nonlinear, robust control method that is obtained by switching discontinuously on time on a predetermined sliding surface with a high speed, nonlinear feedback. Sliding surface design methods are one of the significant problems in sliding mode control and have been analyzed in this thesis. Two different special sliding surface designs have been developed for the coupled tank system and inverted pendulum system separately. A special sliding surface design approach for the coupled tank system is developed. In this design, a state dependent moving algorithm for the control of the coupled tank system where the state variables are defined as the liquid levels of the tanks is used. Thus, sliding mode controller with a state varying sliding surface parameter has a better performance without adjusting any parameters even when the system initial conditions of the error phase plane are varied. Inverted pendulum is one of the most important systems in the control literature used in testing and developing new control methods. In this system, sliding mode control with constant parameters is used for different parameter values to determine the effect of the constant parameters in performance of the system. Instead of the constant parameters time varying ones are then used. Simulation results show that performances of systems have been improved with two different sliding surface designs.