CONTROL MULTIVARIABLE SYSTEM USING A FULL DECOUPLED ACTIVE DISTRUBANCE REJECTION CONTROLLER
Date
2022-02-16
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
The research presented in this thesis concern a new application for the linear and
nonlinear Active Disturbance Rejection Control (LADRC, NLADRC) strategies, in
which the control of the non-linear quadruple-tank system (QTS) in its minimum phase
mode. It is a nonlinear multi-input-multi-output (MIMO) system utilize as a platform
to verify the effectiveness of the nonlinear multivariable control strategies. Firstly, the
structure of the quadruple-tank process has arranged in terms of hierarchy, a nonlinear
mathematical model was used that properly represented the dynamic behaviour of the
process. Then, the linear active disturbance rejection control (LADRC) strategy is
proposed to control the quadruple-tank process (QTP). The control law of the LADRC
technique has designed through the combination between linear state feedback (LSF)
controller and the linear extended state observer (LESO) which plays an important role
in the estimate of the overall disturbances and compensation of model uncertainty, to
be subsequently rejected by the control law. The control loop of the quadruple-tank
system (QTS) is usually vulnerable to the issues of the system uncertainties and
external disturbances that affect the stabilization of the process negatively. Therefore,
the non-linear active disturbance rejection control strategy is also designed for a
quadruple-tank system to increase system robustness. The state feedback controller
that is the sliding mode controller has combined with nonlinear extended state observer
(NLESO). For the purpose increasing the accuracy of the estimation process, the
nonlinear integrated optimal control function has included in the structure of the
nonlinear active disturbance rejection controller (NLADRC). Finally, In order to
assess the performance of the suggested control schemes, the proposed methods are
compared with a nonlinear feedback linearization with proportional (NLFL-P)
controller. It is worth mentioning that the controllers have carried out straightforwardly
on the non-linear differential equations of the quadruple-tank process (QTP) in
MatlabĀ®SimulinkĀ® environment. The simulation results have shown that despite the
presence of the parameters' uncertainties as well as external disturbances, however, the
proposed NLADRC technique in this thesis possessed a high degree of efficiency to
achieve the main objective of the control process which is, keeping up of the liquid
level within bottom tanks of the quadruple-tank system at desired operating points
compared to the other strategies.
Description
ĆOK DEÄÄ°ÅKENLÄ° BÄ°R SÄ°STEMÄ°N AKTÄ°F BOZUCU DIÅLAMA
KONTROLCĆSĆ Ä°LE DENETÄ°MÄ°
ĆZ: Bu tezde sunulan araÅtırma, minimum evre modundaki doÄrusal olmayan dƶrdĆ¼l tank sisteminin (DTS) denetiminde, doÄrusal ve doÄrusal olmayan Aktif Bozulum DıÅlama Denetimi (DABDD ve DOABDD) iƧin yeni bir uygulama ile ilgilidir. Bu, doÄrusal olmayan Ƨok giriÅli Ƨok ƧıkıÅlı ir sistemdir ve doÄrusal olmayan Ƨok deÄiÅkenli denetim stratejilerinin etkinliÄini kanıtlamak iƧin kullanılan bir platformdur. Ä°lk olarak, dƶrdĆ¼l tank sĆ¼recinin yapısı hiyerarÅi aƧısından dĆ¼zenlenmekte, sĆ¼recin dinamik davranıÅını uygun Åekilde temsil eden doÄrusal olmayan matematiksel bir model kullanılmaktadır. Daha sonra, dƶrdĆ¼l tank sĆ¼recini denetlemek iƧin doÄrusal aktif bozulum dıÅlama denetim stratejisi ƶnerilmektedir. DABDD tekniÄine iliÅkin denetim yasası, doÄrusal durum geribesleme (DDG) denetleyicisi ile toplam bozulumların kestiriminde ve model belirsizliklerinin dĆ¼zeltilmesinde ƶnemli bir rol oynayan doÄrusal geniÅletilmiÅ durum gƶzleyicisinin (DGDG) bir bileÅimi olarak tasarımlanmıÅtır. Bu belirsizliler denetim yasası tarafından mĆ¼teakiben ortadan kaldırılacaktır. DƶrdĆ¼l tank sisteminin denetim dƶngĆ¼sĆ¼ genellikle sĆ¼recin kararlılıÄını olumsuz yƶnde etkileyen sistem belirsizlikleri ve dıŠbozucular gibi hususlara maruzdur. Bu nedenle, doÄrusal olmayan aktif bozulum dıÅlama denetim stratejisi keza sistemin gĆ¼rbĆ¼zlĆ¼ÄĆ¼nĆ¼n artırılması iƧin dƶrdĆ¼l tank sistemi olarak tasarımlanmaktadır. Kayıcı moda bir denetleyici olan durum geribesleme denetleyicisi doÄrusal olmayan geniÅletilmiÅ durum gƶzleyicisi (DOGDG) ile birleÅtirilmiÅtir. Kestirim sĆ¼recinin doÄruluÄunu artırmak maksadıyla, doÄrusal olmayan aktif bozulum dıÅlama denetleyicisi yapısına doÄrusal olmayan entegre optimal denetim fonksiyonu ilave edilmiÅtir. Son olarak, ƶnerilen denetim yƶntemlerinin performansını deÄerlendirmek iƧin ƶnerilen yƶntemler oransal denetleyicili doÄrusal olmayan geribesleme doÄrusallaÅtırıcı ile kıyaslanmıÅtır. Ayrıca denetleyici dƶrdĆ¼l tank sĆ¼recinin doÄrusal olmayan tĆ¼revsel denklemlerinin MatlabĀ®SimulinkĀ® ortamında oluÅturulmasıyla gerƧeklenmiÅtir. SimĆ¼lasyon sonuƧları, parametre belirsizliklerine ve ayrıca harici bozucu etkilerin bulunmasına raÄmen, bu tezde ƶnerilen DOABDD tekniÄi, diÄer stratejilere kıyasla, dƶrdĆ¼l tank sisteminin alttaki tankların iƧindeki sıvı seviyesini arzu edilen ƧalıÅma noktalarında tutarak, denetim sĆ¼recinin ana hedeflerini baÅarmada yĆ¼ksek derecede bir etkinliÄe sahip olduÄunu gƶstermiÅtir.
ĆZ: Bu tezde sunulan araÅtırma, minimum evre modundaki doÄrusal olmayan dƶrdĆ¼l tank sisteminin (DTS) denetiminde, doÄrusal ve doÄrusal olmayan Aktif Bozulum DıÅlama Denetimi (DABDD ve DOABDD) iƧin yeni bir uygulama ile ilgilidir. Bu, doÄrusal olmayan Ƨok giriÅli Ƨok ƧıkıÅlı ir sistemdir ve doÄrusal olmayan Ƨok deÄiÅkenli denetim stratejilerinin etkinliÄini kanıtlamak iƧin kullanılan bir platformdur. Ä°lk olarak, dƶrdĆ¼l tank sĆ¼recinin yapısı hiyerarÅi aƧısından dĆ¼zenlenmekte, sĆ¼recin dinamik davranıÅını uygun Åekilde temsil eden doÄrusal olmayan matematiksel bir model kullanılmaktadır. Daha sonra, dƶrdĆ¼l tank sĆ¼recini denetlemek iƧin doÄrusal aktif bozulum dıÅlama denetim stratejisi ƶnerilmektedir. DABDD tekniÄine iliÅkin denetim yasası, doÄrusal durum geribesleme (DDG) denetleyicisi ile toplam bozulumların kestiriminde ve model belirsizliklerinin dĆ¼zeltilmesinde ƶnemli bir rol oynayan doÄrusal geniÅletilmiÅ durum gƶzleyicisinin (DGDG) bir bileÅimi olarak tasarımlanmıÅtır. Bu belirsizliler denetim yasası tarafından mĆ¼teakiben ortadan kaldırılacaktır. DƶrdĆ¼l tank sisteminin denetim dƶngĆ¼sĆ¼ genellikle sĆ¼recin kararlılıÄını olumsuz yƶnde etkileyen sistem belirsizlikleri ve dıŠbozucular gibi hususlara maruzdur. Bu nedenle, doÄrusal olmayan aktif bozulum dıÅlama denetim stratejisi keza sistemin gĆ¼rbĆ¼zlĆ¼ÄĆ¼nĆ¼n artırılması iƧin dƶrdĆ¼l tank sistemi olarak tasarımlanmaktadır. Kayıcı moda bir denetleyici olan durum geribesleme denetleyicisi doÄrusal olmayan geniÅletilmiÅ durum gƶzleyicisi (DOGDG) ile birleÅtirilmiÅtir. Kestirim sĆ¼recinin doÄruluÄunu artırmak maksadıyla, doÄrusal olmayan aktif bozulum dıÅlama denetleyicisi yapısına doÄrusal olmayan entegre optimal denetim fonksiyonu ilave edilmiÅtir. Son olarak, ƶnerilen denetim yƶntemlerinin performansını deÄerlendirmek iƧin ƶnerilen yƶntemler oransal denetleyicili doÄrusal olmayan geribesleme doÄrusallaÅtırıcı ile kıyaslanmıÅtır. Ayrıca denetleyici dƶrdĆ¼l tank sĆ¼recinin doÄrusal olmayan tĆ¼revsel denklemlerinin MatlabĀ®SimulinkĀ® ortamında oluÅturulmasıyla gerƧeklenmiÅtir. SimĆ¼lasyon sonuƧları, parametre belirsizliklerine ve ayrıca harici bozucu etkilerin bulunmasına raÄmen, bu tezde ƶnerilen DOABDD tekniÄi, diÄer stratejilere kıyasla, dƶrdĆ¼l tank sisteminin alttaki tankların iƧindeki sıvı seviyesini arzu edilen ƧalıÅma noktalarında tutarak, denetim sĆ¼recinin ana hedeflerini baÅarmada yĆ¼ksek derecede bir etkinliÄe sahip olduÄunu gƶstermiÅtir.
Keywords
engineering systems