Yıl: 2021 Cilt: 62 Sayı: 704 Sayfa Aralığı: 556 - 579 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı

Öz:
Manyetik levitasyon (Maglev) sistemleri, mühendislik sistemlerinde sürtünmeyi en aza indiren çözümler sunduğundan, güncel mühendislik çalışmalarındandır. Bu çalışmada, yeni bir PI-PD kontrolcü tasarımprosedürü sunulmuştur. PI-PD kontrolcüleri, bir PI (iç döngü) ve bir PD (dış döngü) kombinasyonundanoluşur. İç döngünün amacı, açık döngü kararsız sistemi kararlı kılmaktır. Dış döngünün amacı, kapalı döngüsisteminin toplam performans gereksinimlerini sağlamaktır. Tasarım prosedürü, kontrolcü parametreleridüzleminde kararlılık sınır eğrisi kullanılarak çizilen kararlı bölgenin elde edilmesi ve bu bölgenin ağırlıklıgeometrik merkezinin (AGM) hesaplanmasına dayanır. Tasarım prosedüründe, ilk olarak, iç döngü için PDkontrolcü parametrelerinin düzlemindeki kararlı bölge ve bunun ağırlıklı geometrik merkezi hesaplanır.İç döngü, belirtilen AGM kontrol parametreleri kullanılarak tek bir bloğa indirgenir ve ardından prosedür,farklı tasarımlarda faz ve kazanç payı performans gereksinimlerini uygulayan bir test fonksiyonu kullanılarak dış döngü PI denetleyicisi için tekrarlanır. Deneysel çalışma, önerilen metodoloji ile tasarlanan PI-PDkontrolcünün literatürde bulunan alternatiflere göre daha üstün performans sergilediğini göstermektedir.
Anahtar Kelime: maglev; ağırlıklı geometrik merkez. kararsız sistem, PI-PD kontrol;

PI-PD Controller Design for Magnetic Levitation Systems Via Weighted Geometrical Center Method

Öz:
Since magnetic levitation systems offer solutions that minimize friction in engineering systems, they are subject to current engineering studies. In this study, a new PI-PD controller design procedure has been presented. A PI-PD controller consists of a combination of a PI (inner loop) and a PD (outer loop). The purpose of the inner loop is to stabilize the open loop unstable system. The purpose of the outer loop is to provide the total performance requirements of the closed loop system. The design procedure is based on obtaining the stability area plotted using the stability boundary curve in the control parameters plane, and then calculating the weighted geometrical center (WGC) of the stability region. In the design procedure, first, the stable region in the plane of the PD controller parameters for the inner loop and its weighted geometrical center are computed. The inner loop is reduced to a single block by using specified WGC control parameters, and then the procedure is repeated for the outer loop PI controller by using of a test function imposing the phase and gain margin performance requirements in different designs. Experimental study shows that the PI-PD controller, which is designed with the suggested methodology, exhibits superior performance compared to the alternatives available in the literature.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • 1. Yaghoubi, H. 2013. "The most important maglev applications," Journal of Engineering, vol. 2013, p. 1-19.
  • 2. Maslen, E. H.,Schweitzer, G. 2009. "Magnetic bearings: theory, design, and application to rotating machinery," Berlin Heidelberg, Germany.
  • 3. Yoshida, K.,Zhang, X. 2005. "Propulsion and guidance control in ropeless linear elevator with pitching motion," 2005 International Conference on Electrical Machines and Systems, vol. 3, p. 1887-1892.
  • 4. Zhang, Y., Liu, S., Guan, Y., Li, H.,Fan, Y. 2010. "The axial position sensing and signal processing in maglev artificial heart pump," 2010 IEEE Fifth International Conference on Bio-Inspired Computing: Theories and Applications (BIC-TA), p. 396-400.
  • 5. Ahmad, I.,Javaid, M. A. 2010. "Nonlinear model & controller design for magnetic levitation system," Recent advances in signal processing, robotics and automation, p. 324-328.
  • 6. Kumar, T., Shimi, S., Karanjkar, D.,Rana, S. 2014. "Modeling, simulation and control of single actuator magnetic levitation system," 2014 Recent Advances in Engineering and Computational Sciences (RAECS), p. 1-6.
  • 7. Green, S. A.,Craig, K. C. 1998. "Robust, digital, nonlinear control of magnetic-levitation systems," Journal of Dynamics, Measurement, and Control, vol.120, no.4, p. 488-495.
  • 8. Kim, C.,Kim, K. 1994. "Gain scheduled control of magnetic bearings technology," Proc. American Contr. Conf, p. 3127-3131.
  • 9. El Rifai, O. M.,Youcef-Toumi, K. 1998. "Achievable performance and design trade-offs in magnetic levitation control," AMC'98-Coimbra. 1998 5th International Workshop on Advanced Motion Control. Proceedings (Cat. No. 98TH8354), p. 586-591.
  • 10. Lairi, M.,Bloch, G. 1999. "A neural network with minimal structure for maglev system modeling and control," Proceedings of the 1999 IEEE International Symposium on Intelligent Control Intelligent Systems and Semiotics (Cat. No. 99CH37014), p. 40-45.
  • 11. Swain, S. K., Sain, D., Mishra, S. K.,Ghosh, S. 2017. "Real time implementation of fractional order PID controllers for a magnetic levitation plant," AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 78, p. 141-156.
  • 12. Sain, D., Swain, S. K.,Mishra, S. K. 2017. "Real-time implementation of robust set-point weighted PID controller for magnetic levitation system," International Journal on Electrical Engineering and Informatics, vol. 9, no. 2, p. 272.
  • 13. Sain, D. 2019. "Real-Time implementation and performance analysis of robust 2-DOF PID controller for Maglev system using pole search technique," Journal of Industrial Information Integration, vol. 15, p. 183-190.
  • 14. Duka, A.-V., Dulău, M.,Oltean, S.-E. 2016. "IMC based PID control of a magnetic levitation system," Procedia Technology, vol. 22, p. 592-599.
  • 15. Pandey, S. K.,Laxmi, V. 2014. "PID control of magnetic levitation system based on derivative filter," 2014 Annual International Conference on Emerging Research Areas: Magnetics, Machines and Drives (AICERA/iCMMD), p. 1-5.
  • 16. Ahmad, I., Shahzad, M., Palensky, P. 2014. "Optimal PID control of magnetic levitation system using genetic algorithm," 2014 IEEE International Energy Conference (ENERGYCON), p. 1429-1433.
  • 17. Kumar, E. V., Jerome, J. 2013. "LQR based optimal tuning of PID controller for trajectory tracking of magnetic levitation system," Procedia Engineering, vol. 64, p. 254-264.
  • 18. Gandhi, R. V.,Adhyaru, D. M. 2018. "Pre-fuzzy-PID controller for effective control of electromagnetic levitation system," 2018 Indian Control Conference (ICC), p. 113-118.
  • 19. Lin, C.-M., Lin, M.-H.,Chen, C.-W. 2011. "SoPC-based adaptive PID control system design for magnetic levitation system," IEEE Systems journal, vol. 5, no. 2, p. 278-287.
  • 20. Onat, C. 2019. "A new design method for PI–PD control of unstable processes with dead time," ISA transactions, vol. 84, p. 69-81.
  • 21. Ali, H. I.,Saeed, A. H. 2016. "Robust PI-PD controller design for systems with parametric uncertainties," Engineering & Technology Journal, vol. 34.
  • 22. Sain, D., Swain, S. K.,Mishra, S. K. 2018. "Real time implementation of optimized I-PD controller for the magnetic levitation system using Jaya algorithm," IFAC-PapersOnLine, vol. 51, no. 1, p. 106-111.
  • 23. Sain, D., Swain, S. K.,Mishra, S. K. 2016. "TID and I-TD controller design for magnetic levitation system using genetic algorithm," Perspectives in Science, vol. 8, p. 370-373.
  • 24. Onat, C. 2013. "A new concept on PI design for time delay systems: weighted geometrical center," International Journal of Innovative Computing, information and control, vol. 9, no. 4, p. 1539-1556.
  • 25. Ozyetkin, M. M., Onat, C.,Tan, N. 2020. "PI‐PD controller design for time delay systems via the weighted geometrical center method," Asian Journal of Control, vol. 22, no. 5, p. 1811-1826.
  • 26. Hamamci, S. E.,Tan, N. 2006. "Design of PI controllers for achieving time and frequency domain specifications simultaneously," ISA transactions, vol. 45, no. 4, p. 529-543.
  • 27. Ho, M.-T., Datta, A.,Bhattacharyya, S. 1996. "A new approach to feedback stabilization," Proceedings of 35th IEEE Conference on Decision and Control, vol. 4, p. 4643-4648.
  • 28. Ho, M.-T., Datta, A.,Bhattacharyya, S. 1997. "A linear programming characterization of all stabilizing PID controllers," Proceedings of the 1997 American Control Conference (Cat. No. 97CH36041), vol. 6, p. 3922-3928.
  • 29. Ghosh, A., Krishnan, T. R., Tejaswy, P., Mandal, A., Pradhan, J. K.,Ranasingh, S. 2014. "Design and implementation of a 2-DOF PID compensation for magnetic levitation systems," ISA transactions, vol. 53, no. 4, p. 1216-1222.
  • 30. Onat, C. 2014. "WGC based robust and gain scheduling PI controller design for condensing boilers," Advances in Mechanical Engineering, vol. 6, p. 659051.
  • 31. Kharitonov, V. 1979. "Asymptotic Stability of Equillibrium Position of a Family of Systems of Linear Differential Equations," Differential equations, p. 1483-1485.
  • 32. Ozyetkin, M. M., Onat, C.,Tan, N. 2018. "PID tuning method for integrating processes having time delay and inverse response," IFAC-PapersOnLine, vol. 51, no. 4, p. 274-279.
  • 33. Onat, C., Hamamci, S. E.,Obuz, S. 2012. "A practical PI tuning approach for time delay systems," IFAC Proceedings Volumes, vol. 45, no. 14, p. 102-107.
APA onat c, DAŞKIN M, Turan A, Ozguven O (2021). Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. , 556 - 579.
Chicago onat cem,DAŞKIN Mahmut,Turan Abdullah,Ozguven Omer Faruk Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. (2021): 556 - 579.
MLA onat cem,DAŞKIN Mahmut,Turan Abdullah,Ozguven Omer Faruk Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. , 2021, ss.556 - 579.
AMA onat c,DAŞKIN M,Turan A,Ozguven O Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. . 2021; 556 - 579.
Vancouver onat c,DAŞKIN M,Turan A,Ozguven O Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. . 2021; 556 - 579.
IEEE onat c,DAŞKIN M,Turan A,Ozguven O "Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı." , ss.556 - 579, 2021.
ISNAD onat, cem vd. "Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı". (2021), 556-579.
APA onat c, DAŞKIN M, Turan A, Ozguven O (2021). Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. Mühendis ve Makina, 62(704), 556 - 579.
Chicago onat cem,DAŞKIN Mahmut,Turan Abdullah,Ozguven Omer Faruk Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. Mühendis ve Makina 62, no.704 (2021): 556 - 579.
MLA onat cem,DAŞKIN Mahmut,Turan Abdullah,Ozguven Omer Faruk Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. Mühendis ve Makina, vol.62, no.704, 2021, ss.556 - 579.
AMA onat c,DAŞKIN M,Turan A,Ozguven O Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. Mühendis ve Makina. 2021; 62(704): 556 - 579.
Vancouver onat c,DAŞKIN M,Turan A,Ozguven O Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı. Mühendis ve Makina. 2021; 62(704): 556 - 579.
IEEE onat c,DAŞKIN M,Turan A,Ozguven O "Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı." Mühendis ve Makina, 62, ss.556 - 579, 2021.
ISNAD onat, cem vd. "Manyetik Levitasyon Sistemleri İçin Ağırlıklı Geometrik Merkez Yöntemi ile PI-PD Kontrolcü Tasarımı". Mühendis ve Makina 62/704 (2021), 556-579.