Kalman Filtresi ile LQR ve PI Denetleyicilerin DC Motor Sistemine Uygulanması LQR and PI Controller with Kalman Filter Applied to DC Motor System

Benzer belgeler
T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK LABORATUVARI 1. BASINÇ, AKIŞ ve SEVİYE KONTROL DENEYLERİ

TURBOCHARGER REZONATÖRÜ TASARIMINDA SES İLETİM KAYBININ NÜMERİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi

WCDMA HABERLEŞMESİNDE PASİF DAĞITILMIŞ ANTEN SİSTEMLERİ KULLANILARAK BİNA İÇİ HÜCRE PLANLAMA. Ferhat Yumuşak 1, Aktül Kavas 1, Betül Altınok 2

VAKIF MENKUL KIYMET YATIRIM ORTAKLIĞI A.Ş. (ESKİ UNVANI İLE VAKIF B TİPİ MENKUL KIYMETLER YATIRIM ORTAKLIĞI A.Ş. )

II. Bölüm HİDROLİK SİSTEMLERİN TANITIMI

SICAKLIK VE ENTALP KONTROLLÜ SERBEST SO UTMA UYGULAMALARININ KAR ILA TIRILMASI

PSO-PID ve FGPI Kontrolörlerin bir Termik Santralda Karşılaştırılması (Comparison of PSO-PID and FGPI Controllers on a Thermal Power Plant)

JET MOTORLARININ YARI-DĐNAMĐK BENZETĐŞĐMĐ ve UÇUŞ ŞARTLARINA UYGULANMASI

SEYAHAT PERFORMANSI MENZİL

İÇİNDEKİLER. 1 Projenin Amacı Giriş Yöntem Sonuçlar ve Tartışma Kaynakça... 7

H.Tarık DURU, Sabri CAMUR, Birol ARİFOĞLU, Ersoy BEŞER Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik Müh.Böl. ÖZET

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

VEZNE PROGRAMINDA POSTA ÜCRETİ İLE İLGİLİ YAPILAN DÜZENLEMELER (Vezne Sürüm: )

OPERATÖRLER BÖLÜM Giriş Aritmetik Operatörler

ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELN3052 OTOMATİK KONTROL

1. YAPISAL KIRILMA TESTLERİ

ALPHA ALTIN RAPORU ÖZET 26 Ocak 2016

Ölçme Bilgisi Ders Notları

BĐSĐKLET FREN SĐSTEMĐNDE KABLO BAĞLANTI AÇISININ MEKANĐK VERĐME ETKĐSĐNĐN ĐNCELENMESĐ

İçindekiler Jeofizikte Modellemenin Amaç ve Kapsamı Geneleştirilmiş Ters Kuram ve Jeofizikte Ters Problem Çözümleri

1. DENEY ADI: Rezonans Deneyi. analitik olarak bulmak denir. Serbestlik Derecesi: Genlik: Periyot: Frekans: Harmonik Hareket:

DEVRELER VE ELEKTRONİK LABORATUVARI

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

ALPHA ALTIN RAPORU ÖZET 10 Kasım 2015

ÖZEL LABORATUAR DENEY FÖYÜ

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASINA YÖNTEMLER VE DİĞER BİLİM DALLARI AÇISINDAN BİR BAKIŞ

MAK585 Dinamik Sistemlerin Modellenmesi ve Simülasyonu

YAPI ve DEPREM MÜHENDİSLİĞİNDE MATRİS YÖNTEMLER. Prof. Dr. Hikmet Hüseyin ÇATAL. Prof. Dr. Hikmet Hüseyin ÇATAL. (III. Baskı)

DENEY.3 - DC MOTOR KONUM-HIZ KONTROLÜ

Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi

BİLGİSAYAR PROGRAMLARI YARDIMIYLA ŞEV DURAYLILIK ANALİZLERİ * Software Aided Slope Stability Analysis*

KİTAP İNCELEMESİ. Matematiksel Kavram Yanılgıları ve Çözüm Önerileri. Tamer KUTLUCA 1. Editörler. Mehmet Fatih ÖZMANTAR Erhan BİNGÖLBALİ Hatice AKKOÇ

ANKARA EMEKLİLİK A.Ş GELİR AMAÇLI ULUSLARARASI BORÇLANMA ARAÇLARI EMEKLİLİK YATIRIM FONU ÜÇÜNCÜ 3 AYLIK RAPOR

EEM 202 DENEY 5 SERİ RL DEVRESİ

Q-BIZ VIEWER KULLANIM KILAVUZU

Resim 1: Kongre katılımı (erken kayıt + 4 günlük kongre oteli konaklaması) için gereken miktarın yıllar içerisindeki seyri.

Araştırma Notu 15/177

Etkili Canlandırma. Kalp masajı ve ventilasyon. Ideen bewegen mehr

2 NO LU SERBEST BÖLGELER KANUNU SİRKÜLERİ YAYIMLANDI

Deprem Yönetmeliklerindeki Burulma Düzensizliği Koşulları

GROUPAMA EMEKLİLİK A.Ş. GRUPLARA YÖNELİK GELİR AMAÇLI KAMU DIŞ BORÇLANMA ARAÇLARI EMEKLİLİK YATIRIM FONU

MÜHENDİSLİK ve MİMARLIK FAKÜLTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI DENEY FÖYÜ 1

LDPE/EVOH Harmanlarının Hazırlanması, Karakterizasyonu ve Bazı Özellikleri

Avrupa Kredi Toplama ve Transfer Sistemi (AKTS) 27 Mart 2009 Yrd. Doç. Dr Sevinç HATĠPOĞLU Erasmus Koordinatörü

Üç-fazlı 480 volt AC güç, normalde-açık "L1", "L2" ve "L3" olarak etiketlenmiş vida bağlantı uçları yoluyla kontaktörün tepesinde kontak hale gelir

BÖLÜM 7 BİLGİSAYAR UYGULAMALARI - 1

KAPSAMLI İÇERİK SADELEŞTİRİLMİŞ ARAMA MOTORU YENİLİKÇİ BİLGİ İŞLEME TEKNOLOJİSİ PRATİK GÖRÜNTÜLEME ARAÇLARI MOBİL ERİŞİM

HAYALi ihracatln BOYUTLARI

1 OCAK 31 ARALIK 2009 ARASI ODAMIZ FUAR TEŞVİKLERİNİN ANALİZİ

SÜREÇ YÖNETİMİ VE SÜREÇ İYİLEŞTİRME H.Ömer Gülseren > ogulseren@gmail.com

BİT ini Kullanarak Bilgiye Ulaşma ve Biçimlendirme (web tarayıcıları, eklentiler, arama motorları, ansiklopediler, çevrimiçi kütüphaneler ve sanal

ELLE SÜT SAĞIM FAALİYETİNİN KADINLARIN HAYATINDAKİ YERİ ARAŞTIRMA SONUÇLARI ANALİZ RAPORU

Yedi Karat Kullanım Klavuzu. Yedi Karat nedir? Neden Karat?

FOTOGRAMETRİK DEĞERLENDİRME - ÇİFT FOT. DEĞ. Analog ve Analitik Stereodeğerlendirme. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ

İki Değişkenli Bağlanım Modelinin Uzantıları

: Gelir Vergisi Genel Tebliği (Seri No: 291) yayımlandı.


:30 Adı-Soyadı:... No:... NOT:...

Elektrikli Araçlar İçin Çift Çevrim Destekli DA Motor Kontrol Uygulaması

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK'2015, Eylül 2015, Denizli

ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİNİN KALİBRASYONU VE DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR

01 OCAK 2015 ELEKTRİK AKIMI VE LAMBA PARLAKLIĞI SALİH MERT İLİ DENİZLİ ANADOLU LİSESİ 10/A 436

İSTANBUL TİCARET ÜNİVERSİTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BİLGİSAYAR SİSTEMLERİ LABORATUARI YÜZEY DOLDURMA TEKNİKLERİ

Yakıt Özelliklerinin Doğrulanması. Teknik Rapor. No.: 942/

AvivaSA Emeklilik ve Hayat. Fiyat Tespit Raporu Görüşü. Şirket Hakkında Özet Bilgi: Halka Arz Hakkında Özet Bilgi:

Söke İlçesinde Pnömatik Ekim Makinaları Talep Projeksiyonunun Belirlenmesi*

ERGONOMĐK ĐŞ ARAÇLARI ve ALETLERĐ. Đş Araçlarının Đnsana Uyumu. Tutma yeri konstrüksiyonlarında şu hususlara dikkat etmek gerekir

POL NOMLAR. Polinomlar

KAPLAMA TEKNİKLERİ DERS NOTLARI

T.C. ZİRAAT BANKASI PERSONELİ VAKFI SOSYAL GÜVENLİK YARDIMLARI BÖLÜMÜ ÜYELERİ VE HAK SAHİPLERİNİN KAZANILMIŞ HAKLARI VE TASFİYE PAYLARI RAPORU

Elektrik Makinaları I. Senkron Makinalar Stator Sargılarının oluşturduğu Alternatif Alan ve Döner Alan, Sargıda Endüklenen Hareket Gerilimi

B05.11 Faaliyet Alanı

KADININ STATÜSÜ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ. Tarımda Kadınların Finansmana Erişimi Esra ÇADIR

6.5 Basit Doğrusal Regresyonda Hipotez Testleri İçin Hipotez Testi: 1. Hipotez kurulur. 2. Test istatistiği hesaplanır.

Fizik I (Fizik ve Ölçme) - Ders sorumlusu: Yrd.Doç.Dr.Hilmi Ku çu

YÜKSEK AC-DC AKIM ŞÖNTLERİNİN YAPIMI VE KARAKTERİZASYONU

ANKARA EMEKLİLİK A.Ş GELİR AMAÇLI ULUSLARARASI BORÇLANMA ARAÇLARI EMEKLİLİK YATIRIM FONU 3 AYLIK RAPOR

Sayı: / 13 Haziran 2012 EKONOMİ NOTLARI. Belirsizlik Altında Yatırım Planları

Oyun Teorisi IENG 456 Karar Vermede Analitik Yaklaşımlar

a) Birim sorumluları: Merkez çalışmalarının programlanmasından ve uygulanmasından sorumlu öğretim elemanlarını,

Dönemi Erasmus Hareketlilik Faaliyeti Hibe Dağıtım Yöntemi

Üç Fazlı Sincap Kafesli bir Asenkron Motorun Matlab/Simulink Ortamında Dolaylı Vektör Kontrol Benzetimi

Mekatroniğe Giriş Dersi

Taş, Yaman ve Kayran. Altan KAYRAN. ÖZET

Başbakanlık (Hazine Müsteşarlığı) tan:

ASENKRON (İNDÜKSİYON)

BİLGİ BELGE MERKEZİ VE YAYIN HİZMETLERİ

PARAMETRELERİ DEĞİŞKEN DC SER VOMOTOR İÇİN PI TİPİ PARAMETRİK ANLAMDA DAYANIKLI DENETLEYİCİ TASARIMI

Resmi Gazete Tarihi: Resmi Gazete Sayısı: 28349

MADDE 88-8/1/2002 tarihli ve 4736 sayılı Kamu Kurum ve Kuruluşlarının Ürettikleri Mal ve Hizmet Tarifeleri ile Bazı Kanunlarda Değişiklik Yapılması

DENEY 5 SOĞUTMA KULESİ PERFORMANSININ BELİRLENMESİ

Çok Fonksiyonlu Bir Elektronik Pülverizatörde İlaçlama İşleminin Optimal ve Bulanık Kontrolü

Monopol. (Tekel) Piyasası

Makine Elemanları I Prof. Dr. İrfan KAYMAZ. Temel bilgiler-flipped Classroom Bağlama Elemanları

Contents. Doğrusal sistemler için kontrol tasarım yaklaşımları

KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ MADEN MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ KAYA MEKANĠĞĠ DERSĠ LABORATUVARI. ( Güz Dönemi)

RÜZGAR TÜRBİNİ İLE SÜRÜLEN ÇİFT ÇIKIŞLI ASENKRON JENERATÖRÜN İNCELENMESİ VE BULANIK MANTIK KONTROL YÖNTEMİYLE MAKSİMUM ÇIKIŞ GÜCÜNÜN ELDE EDİLMESİ

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi Grup Adı: Sıvı Seviye Kontrol Deneyi.../..

SAN 2009 DÖNEM 2009 YILI N SAN AYI BÜTÇE AÇI I GEÇEN YILIN AYNI AYINA GÖRE YÜZDE 12 ORANINDA B R AZALMA GÖSTEREREK 947 M LYON TL YE NM R.

Transkript:

Eleo 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 27 29 Kasım 2014, Bursa Kalman Filtresi ile LQR ve PI Denetleyiilerin DC Motor Sistemine Uygulanması LQR and PI Controller with Kalman Filter Applied to DC Motor System Yusuf Muratoğlu 1, Alkan Alkaya 2 1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Mersin Üniversitesi, Mersin muratogluyusuf@gmail.om 2 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Mersin Üniversitesi, Mersin alkanalkaya@mersin.edu.tr Özetçe Bu çalışmada bir doğru akım (d) motorunun modellenmesi, denetlenmesi, gürültü ortamında kalman filtresinin etkisi ve filtreli denetleyiilerin performanslarının karşılaştırılması sunulmuştur. D motorun hız denetimi için optimal kontrol tekniklerinden doğrusal kuadratik regülatör (linear quadrati regülator-lqr) ve oransal integral (proportional integral-pi) yöntemleri kullanılmıştır. D motor sistemine hem işlem gürültüsü hem de ölçüm gürültüsü uygulanmıştır. Denetleyiilerin gürültü ortamındaki performansını arttırmak için kalman filtresinin tasarımı yapılmıştır. Filtreli LQR ve PI denetimli sistemlerin performansları karşılaştırılmıştır. Bu çalışma Matlab/Simulink ortamında gerçekleştirilmiş ve sistemin ortalama karesel hata ve yatışma süresi kriterlerine bakıldığında PI, taşma miktarı ve tepe genliği kriterlerine bakıldığında LQR denetiminin daha başarılı olduğu gösterilmiştir. Abstrat In this paper, linear quadrati regulator(lqr) and proportinal integral(pi) optimal ontrollers are used to ontrol the speed of d motor. Firstly, LQR and PI ontrollers are tested without noise. Seondly, both ontrollers are tested under proess noise and measurement noise. hen a kalman filter is designed to improve ontrollers performane under proess and measurement noises. LQR and PI ontrollers are ompared their performanes(without noise,with noise, with kalman filter under noisy ondition) and are also ompared performanes with kalman filter to ontrol the speed of d motor. he simulation result show that LQR ontroller gives less maximum peak and overshoot, on the other hand PI ontroller gives less mean square error and settling time. 1. Giriş Günümüzde doğru akım motorları hız veya konum denetimi gerektiren sistemlerde yüksek performans ve kolay denetlenebilme özelliklerinden dolayı sıkça kullanılmaktadır. Elektrikli ev aletlerinde, klimalarda, otomatik kapı sistemlerinde, robotik uygulamalarında kullanılan d motorların; teknolojinin gelişmesiyle elektrikli araçlardaki (elektrikli otomobil,elektrikli tren vs.) kullanımı ve önemi artmaktadır[1-2]. Son zamanlarda d motor denetim performansını arttırmaya yönelik çalışmaların arttığı görülmektedir[6],[7]. D motor hız denetiminde yaygın olarak: Fuzzy Logi, Geneti Algorithm, Partile Swarm Optimization, LQR, PID gibi teknikler kullanılmaktadır[1-4]. Referans [2] de d motor sistemi için tasarlanan PID denetleyiisinde geneleksel Ziegler-Nihols yöntemi ile modifiye Ziegler-Nihols yöntemi karşılaştırılmış ve modifiye Ziegler-Nihols yönteminin daha başarılı olduğu sunulmuştur. Referans [8] de d motor hız denetimi için LQR ve LQG tasarımı yapılmış ve önerilen denetleyiilerin taşma miktarı ve yatışma süresi performanslarının daha başarılı olduğu sunulmuştur. Referans [3] te d motor sisteminde LQR ve PID denetleyiileri tasarlanmış ve karşılaştırılmıştır. LQR denetimli sistemin yatışma süresi ve taşma miktarı performanslarının daha başarılı olduğu sunulmuştur. Yapılan çalışmalarda genellikle sistemler ya gürültüsüz ya da sadee ölçüm gürültülü inelenmiştir. Bu çalışmada d motor hız denetimi için sistemin durum-uzay modelini kullanılarak LQR ve PI denetleyiileri tasarlanmıştır. Sisteme hem işlem gürültüsü hem de ölçüm gürültüsü eklenerek denetleyiilerin performansları inelenmişitir. Kalman filtresi tasarımı ile denetleyiilerin gürültü ortamındaki performansları arttırılmış ve filtreli denetleyiilerin performansları karşılaştırılmıştır. 322

Eleo 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 27 29 Kasım 2014, Bursa 2. D Motorun Durum-Uzay Modeli D motor sisteminin durum-uzay modelinde kullanılan şematik model Şekil 1 de gösterilmiştir. 1 A P PA PBR B P Q 0 (5) Riatti denkleminin çözümünden bulunan P ebirsel değeri yardımıyla durum-geri besleme kazanı şu şekide hesaplanır. 1 K R B P (6) 3.2. PI Denetleyii Şekil 2: LQR Denetleyiisi. Şekil 1: D Motorun Şematik Modeli. Doğrusal bir sistemin durum-uzay modeli şu şekilde ifade edilir. x Ax Bu (1) y Cx Burada x durum vektörü, u giriş vektörü, y çıkış vektörü, A sistem matrisi, B kontrol matrisi ve C çıkış matrisidir. Durum vektörü, x i seçilen d motor sisteminin durum-uzay modeli aşağıdaki şekildedir. x1 b J Kt J x1 0 u x2 K e L R L x2 1 L (2) x y 1 x2 Burada b sürtünme sabiti, J eylemsizlik momenti, Ke elektro motor kuvveti sabiti, Kt tork sabiti, R direnç değeri ve L indüktans değeridir. 3. Kullanılan Yöntemler Bu bölümde d motor sisteminde kullanılan yöntemler verilmiştir. 3.1. LQR Denetleyii LQR, durum geri besleme ile daha gürbüz bir denetim sağlayan optimal kontrol tekniklerinden biridir[5]. Denetleyiinin şematik modeli Şekil 2 de gösterilmiştir. u( t) Kx( t) (3) Denklemi ile ifade edilen optimal kontrol vektörünün çözümü için maliyet fonksiyonu en aza indirilmelidir. Durum-uzay denklemleri yardımıyla performans indeksi (4) 0 J x Qx u Ru dt Şeklinde ifade edilir. Burada Q pozitif tanımlı veya pozitif yarıtanımlı simetrik bir matristir. R ise tek giriş tek çıkış (SISO) bir sistem olduğundan pozitif sabit bir sayıdır. Denklem (4) ile ifade edilen maliyet fonksiyonunu en aza indirmek için durumgeri besleme kazanı, K, hesabında kullanılan P ebirsel değeri, riatti diferansiyel denklemi yardımıyla bulunur. PI, endüstriyel kontrol sistemlerinde yaygın kullanılan optimal kontrol tekniklerinden biridir[4]. Denetleyiinin şematik modeli Şekil 3 te gösterilmiştir. PI denetleyiisinin genel ifadesi şu şekildedir[4]. u( t) K e( t) K e( t) (7) p i Şekil 3: PI Denetleyiisi. Burada Kp oransal kazanı, Ki integral kazanı, e(t) hata sinyali ve u(t) denetleyii girişidir. Denetleyii parametreleri Matlab/Simulink ortamında test edilerek belirlenmiştir. 3.3. Kalman Filtresi Kalman filtresi, doğrusal dinamik sistemlerde, modelin giriş ve çıkış bilgilerinden sistemin durumlarını tahmin edebilen bir filtredir[5]. Filtrenin şematik modeli Şekil 4 te gösterilmiştir. Gürültü ortamında doğrusal sistemlerin durum-uzay denklemleri şu şekilde tarif edilir. x Ax Bu w y Cx v İşlem gürültüsü w~n(0,q) ve ölçüm gürültüsü v~n(0,q) olarak ifade edilmiştir. Burada Q giriş kovaryans matrisi ve R çıkış kovaryans matrisidir. Maliyet fonksiyonunu en aza indiren eden Pe ebirsel sabiti, riatti denkleminden hesaplanır. 1 e e e w e v P A AP PC R CP Q 0 (9) Riatti denklemi yardımıyla filtre kazanı, Ke, şu şekilde hesaplanır. K 1 e PC e R w (10) (8) 323

Eleo 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 27 29 Kasım 2014, Bursa Şekil 4: Kalman Filtresi. 4. Simulasyon Çalışmaları Bu çalışmada LQR ve PI denetleyiilerin gürültülü ve gürültüsüz ortamlardaki performansları inelenmiştir. Ayrıa gürültü altındaki sistemin performansının arttırılması için kalman filtresi kullanılmıştır. Kullanılan d motor sisteminin simulink modeli Şekil 5 te verilmiştir. Şekil 5: D Motorun Simulink Modeli. D motor simulasyonunda ablo 1 de verilen parametre değerleri kullanılmıştır. Kullanılan parametre değerleri ile oluşan sistem matrisi, kontrol matrisi ve çıkış matrisi şu şekildedir. A 101.1 143.6 0.003 7.3 B 0 4.26 (11) C ablo 1: Parametre Değerleri. Parametre Sembol Değer Birim Eylemsizlik momenti J 0.002712 2 kg m Sürtünme sabiti b 0.099169 N m s Elektro motor kuvveti sabiti ork sabiti K e 0.531380 V s / rad K t 0.279060 N m / A Direnç değeri R 1.850300 Ohm İndüktans değeri L 0.317610 H Bir sistemde denetleyii ve gözlemleyii tasarımından öne sistemin kontrol edilebilir ve gözlemlenebilir olması gerekir. D motor sisteminin kontrol edilebilirlik ve gözlemlenebilirlik analizinde sistemin kontrol edilebilirlik matrisi P ve gözlemlenebilirlik matrisi Po inelenmiştir. P 0 611.736 B AB 4.26 31.098 (13) P o C CA 101.1 143.6 (14) Kontrol edilebilirlik ve gözlemlenebilirlik matrisleri tekil olmayan matrisler olduklarından sistemin kontrol edilebilir ve gözlemlenebilir olduğu belirlendi. 4.1. LQR Denetleyiisinin Simulasyonu Bu bölümde LQR denetleyiisinin tasarımı, hesaplamaları ve simulasyonu yapılmıştır. Kalman filtreli LQR denetleyiinin simulink modeli Şekil 6 da gösterilmiştir. LQR denetiminde kullanılan ağırlık matrisleri Q 0 1 R 100 (15) Olarak seçilmiştir. Q, R, A, B matrisleri kullanılarak LQR kazanı şu şekilde hesaplanmıştır. K 0.0003 0.0084 (16) Optimal kontrol eşitliği u K x() t ile sistemin durum-uzay modeli hesaplanmıştır. x 101.1 143.6 x 0 u 0.004 7.3 4.26 y x (17) Daha gürbüz bir denetim için Matlab/Simulink ortamındaki d motor modeline gürültü eklenmiştir. LQR denetleyiisinin gürültü altındaki performansı arttırmak için kalman filtresi kullanılmıştır. Kalman filtresinde kullanılan kovaryans matrisleri Q e 0 1, Re 1 (18) Olarak seçilmiştir. Q, R, A, B matrisleri kullanılarak kalman kazanı şu şekilde hesaplanmıştır. e e K 3.6265 2.5985 e (19) LQR denetimli sistemin simulasyon sonuçları Şekil 7 de, yakınlaştırılmış sonuçlar Şekil 8 de verilmişitir. Doğrusal kontrol sistemlerinde en önemli unsurlardan biri sistem kararlılığıdır. Kararlılık analizi için sistemin kapalı çevrim transfer fonksiyonunun karakteristik denklemi inelenmiştir. 2 s 108.4s 738.5 0 (12) Routh hurwitz kararlılık ölçütüne göre sistemin kararlı olduğu belirlenmiştir. Şekil 6: LQR Denetimli Sistemin Simulink Modeli. 324

Şekil 9: PI Denetimli Sistemin Simulink Modeli. Şekil 7: LQR Denetimli Sistemin Performansı. Şekil 10: PI Denetimli Sistemin Performansı. Şekil 8: LQR Denetimli Sistemin Performansı (yakınlaştırılmış). 4.2. PI Denetleyiisinin Simulasyonu Bu bölümde PI denetleyiisinin tasarımı ve simulasyonu yapılmaktadır. PI denetleyiisinin simulink modeli Şekil 9 da verilmişitir. PI denetleyii kazançları K p 1.09 ve K 18.93 olarak kullanılmıştır. Aynı gürültü ortamı PI denetleyisine de uygulanmıştır. PI denetleyiisinin gürültü ortamındaki performansını arttırmak için denklem (17) ve denklem (18) kullanılarak kalman filtresi uygulanmıştır. PI denetimli sistemin simulasyon sonuçları Şekil 10 da, yakınlaştırılmış sonuçlar Şekil 11 de verilmiştir. i Şekil 11: PI Denetimli Sistemin Performansı(yakınlaştırılmış). LQR ve PI denetleyiilerinin filtreli performansları Şekil 12 de verilmiştir. Denetleyiilerin filtresiz ve filtreli performanslarını karşılaştırmak için ortalama karesel hataları ablo 2 de, yatışma süresi, tepe genliği, taşma miktarı değerleri ablo 3 te verilmiştir. 325

Eleo 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 27 29 Kasım 2014, Bursa ablo 2: LQR ve PI Denetimli Sistemlerin Ortalama Karesel Hataları. Ortalama Karesel Hata Kalman Filtresiz Kalman Filtreli LQR 0.0414 0.00042 PI 0.012.00024 ablo 3: LQR ve PI Denetleyiilerin Karşılaştırma Sonuçları. Denetleyii Yatışma Süresi epe Genliği aşma Miktarı LQR 0.55 s 6 %0 PI 0.49 s 6.71 %11.8 Şekil 12: Kalman Filtreli LQR ve PI Denetimli Sistem. 5. Sonuçlar Bu çalışmada d motor hız denetimi için optimal kontrol tekniklerinden LQR ve PI tasarımı yapılmıştır. LQR ve PI denetimli sistemin simulasyonu gürültüsüz ve gürültülü ortamlarda gerçekleştirilmiştir. Denetleyiilerin gürültü ortamındaki performanslarını yükseltmek için kalman filtresi tasarlanmıştır. Kalman filtresinin denetleyiiler üzerindeki etkisi Şekil 7 ve Şekil 10 da gösterilmiştir. Daha sonra kalmanlı LQR ve kalmanlı PI denetleyiileri karşılaştırılmıştır. Çalışma sonuçlarına göre LQR denetimli sistemin tepe genliği ve taşma miktarı kriterlerinin, PI denetimli sistemin ise ortalama karesel hata ve yatışma süresi kriterlerinin daha başarılı olduğu görülmüştür. 6. Kaynakça [1] Aydemir, S., Sezen, S. ve Ertun, H.M., Fuzzy Logi Speed Control of A D Motor, Power Eletronis and Motion Control Conferene, ilt:2, s: 766-771, 2004 [2] Meshram, P.M. ve Kanojiya, R.G., unnig of PID Controller using Ziegler-Nihols Method for Speed Control of DC Motor, International Conferene On Advanes in Engineering and Management (ICAESM), s:117-122, 2012 [3] Ruba, M.K. Al-Mulla Hummadi, Simulation of Optimal Speed Control for A DC Motor Using Linear Quadrati Regulator (LQR), Journal of Engineering, ilt:18, s:340-349, 2012 [4] Kanojiya, R.G. ve Meshram, P.M., Optimal uning of PI Controller for Speed Control of DC motor drive using Partile Swarm Optimization, Advanes in Power Conversion and Energy ehnologies (APCE), International Conferene, s:1-6, 2012, doi: 10.1109/APCE.2012.6302000 [5] C. Hajiyev and S. Vural, LQR Controller with Kalman Estimator Applied to UAV Longitudinal Dynamis, Positioning, ilt:4, s:36-41, 2013, doi: 10.4236/pos.2013.41005. [6] İbrahim, H.E.A., Hassan, F.N., Shomer, A.O., Optimal PID Control of Brushless DC Motor using PSO and BF ehniques, Ain Sahms Engineering Journal, ilt:5, s:391-398, 2014 [7] Janpan, I., Chaisriharoen, R., Boonyanant, P., Control of Brushless DC Motor in Combine Mode, Proedia Engineering, ilt:32, s:279-285, 2011 [8] Molavi, R. ve Khaburi, D.A., Optimal Control Strategies for Speed Control of Permanent-Magnet Synhronous Motor Drives, World Aademy of Siene, Engineering and ehnology, ilt:2, s:326-330, 2008 Şekil 13: Kalman Filtreli LQR ve PI Denetimli Sistem. 326