dc.contributor.advisor | Başlamışlı, S. Çağlar | |
dc.contributor.author | Daş, Ersin | |
dc.date.accessioned | 2020-09-17T09:52:16Z | |
dc.date.issued | 2019 | |
dc.date.submitted | 2019-10-23 | |
dc.identifier.citation | Daş, Ersin. Robust data-driven fixed-order H∞ controller synthesis using convex optimization. Diss. Ph. D. Thesis: Hacettepe University, Ankara, Turkey, 2019. | tr_TR |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/22656 | |
dc.description.abstract | The main objective of this thesis study is to develop fixed-order (low-order) structured controller design methods for frequency domain non-parametric uncertain systems using convex optimization. The majority of the available controller synthesis methods are based on the mathematical model of the system dynamics. The performance of these model based control methods entirely relies on the accuracy of the model. Model uncertainty, due to unmodeled system dynamics, nonlinearities and operating point changes, are almost inevitable and may cause controller performance degradation due to the fact that there is always a trade-off between performance of the closed loop system and robustness. Therefore, model based methods may impede desired high performance requirements of today's industrial complex dynamical systems. In this thesis, a novel robust data-driven fixed-order H∞ controller design method based on convex optimization is proposed for linear single input single output systems. Linear time-invariant systems represented by non-parametric frequency domain data and linearly parameterized controllers are considered. The proposed approach renders the need for a mathematical model of the controlled plant unnecessary. First, a semi-definite convex optimization algorithm, which is based on the concept of the Chebyshev center of a set of points, is proposed to simultaneoiusly compute a minimal uncertainty bound and corresponding nominal model from the experimental data. Thanks to this algorithm, multiple measurements can be considered in the robust control design method instead of one set of measurement with minimal uncertainty bound. Then, a new sufficient robust performance condition is derived using Nyquist stability theorem and synthesis methods on the Nyquist plot. Low-order controllers such as lead-lag compensators and proportional integral derivative (PID) controller are much desired in today's industrial process due to their engineering advantages. Therefore, a convex optimization method is developed which optimizes the coefficients of the fixed-order controllers while guaranteeing internal stability and robustness. Furthermore, the proposed method allows formulating closed-loop model matching objective and control input constraints by convex functions. An extension of the one degree of freedom controller design algorithm is proposed to synthesise two degree of freedom controllers for reference tracking of the
non-parametric systems. The presented theoretical design approaches are experimentally verified on position control of an electromechanical actuation systems of an air vehicle. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.rights | Attribution-NonCommercial 3.0 United States | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/us/ | * |
dc.subject | Robust control | tr_TR |
dc.subject | Data-driven control | tr_TR |
dc.subject | Fixed-order control | tr_TR |
dc.subject | Laguerre basis function | tr_TR |
dc.subject | Convex optimization | tr_TR |
dc.title | Robust data-driven fixed-order H∞ controller synthesis using convex optimization | tr_TR |
dc.title.alternative | Konveks Optimizasyon Kullanarak Veriye Dayalı Sabit Dereceli Gürbüz H∞ Kontrolcü Sentezi | |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Bu tez çalışmasının temel amacı, frekans düzleminde parametrik olmayan sistemler için sabit dereceli (düşük mertebeli) kontrolcü sentezleme metodu geliştirmektir. Mevcut kontrolcü sentez yöntemlerinin çoğu, sistem dinamiğinin matematiksel modeline dayanmaktadır. Bu model tabanlı kontrol yöntemlerinin performansı büyük oranda modelin doğruluğuna bağlıdır. Modellenemeyen sistem dinamikleri, doğrusalsızlıklar ve çalışma noktası değişiminden kaynaklanan model belirsizlikleri neredeyse kaçınılmazdır ve kapalı çevrim sistemin performansı ve gürbüzlüğü arasında bir denge olduğu için kontrolcü performansının düşmesine neden olabilir. Bu nedenle, model tabanlı yöntemler günümüzün karmaşık yapılı endüstriyel dinamik sistemlerinin istenen yüksek performans gereksinimlerini sağlamasını engelleyebilir. Bu tez çalışmasında, tek giriş tek çıkışlı doğrusal sistemler için konveks optimizasyon temelli ve veriye dayalı, sabit dereceli yeni bir H∞ kontrolcü tasarım metodu önerilmi¸stir. Frekans düzleminde parametrik olmayan doğrusal zamanla değişmeyen sistemler ve doğrusal olarak parametrelenebilir kontrolcüler ele alınmıştır. Önerilen yaklaşım, kontrol edilen sistemin matematiksel modeline duyulan ihtiyacı gereksiz kılmaktadır. İlk olarak, minimum belirsizlik bandı ve ilgili nominal modelin birlikte seçimine yönelik, bir noktalar kümesinin Chebyshev merkezi konseptine dayanan yarı tanımlı konveks optimizasyon algortiması önerilmi¸stir. Gürbüz kontrolcü tasarımında çoklu ölçüm verileri, tek bir ölçüm verisi yerine bu algoritma sayesinde minimum belirsizlik bandı ile temsil edilerek kullanılabilir. Daha sonra, Nyquist kararlılık teoremi ve SSV sentezi metotları kullanılarak gürbüz performans kriteri için Nyquist grafiği üzerinde yeni bir yeterli koşul türetilmi¸stir. İleri-geri kompanzatörler ve PID gibi düşük mertebeli kontrolcüler, sahip oldukları mühendislik avantajlarından dolayı günümüz endüstrisinde daha çok tercih edilirler. Bu nedenle, hem iç kararlılık ve gürbüzlüğü garanti eden hem de sabit dereceli kontrolcü parametrelerini optimize eden bir konveks optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Bunun yanısıra, kapalı çevrim model e¸sleme problemi ve kontrol girdisi kısıtı önerilen yöntemde konveks fonkiyonlar ile uygulanabilmektedir. Tek serbestik dereceli kontrolcü tasarım algoritması, parametrik olmayan sistemlerin referans takibi için iki serbestlik dereceli kontrolcü sentezine genişletilmi¸stir. Sunulan teorik yaklaşımlar bir hava aracının elektromekanik eyletim sistemi üzerinde denyesel olarak doğrulanmıştır. | tr_TR |
dc.contributor.department | Makine Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2020-09-17T09:52:16Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |