Ardışık Döngülü Kayan Kipli Kontrol Yönteminin Simülasyon ve Deneysel Uygulaması

Tokyürek R., Eker İ.

26. Otomatik Kontrol Ulusal Konferansı, Samsun, Türkiye, 18 - 21 Eylül 2025, ss.218-225, (Tam Metin Bildiri)

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Doi Numarası: 10.5281/zenodo.17737744
  • Basıldığı Şehir: Samsun
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.218-225
  • Çukurova Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Bu çalışmada, kayan kipli kontrol (Sliding Mode Control – SMC) yönteminin ardışık döngülü (cascade) kontrol yapısına uygulanabilirliği incelenmiş ve performansı değerlendirilmiştir. Ardışık döngülü oransal-integral-türevsel (PID), tek döngülü PID ve SMC tabanlı kontrol yapılarının performansları karşılaştırılmış ve SMC yönteminin PID tabanlı kontrolcülere potansiyel bir alternatif olup olmadığı analiz edilmiştir. SMC yönteminde görülen salınımlar (chattering), sınır tabakası (boundary layer) yaklaşımı kapsamında işaret (sign) fonksiyonu yerine tanh fonksiyonunun kullanılması ile azaltılmış ve sistem çıkışında daha düşük salınım ile bozuculara karşı daha dayanıklı bir tepki elde edilmiştir. Doğru Akım (DC) motor sistemi deneysel olarak modellenmiş ve önerilen kontrol yapısı MATLAB/Simulink ve gerçek zamanlı uygulama paketleri (real-time application toolboxes) kullanılarak hem simülasyon hem de laboratuvar deneyleriyle test edilmiştir. Elde edilen gerçek sistem verileri ve performans ölçütleri karşılaştırılarak kontrol yöntemlerinin başarımı analiz edilmiştir. Sonuçlar, ardışık döngülü kayan kipli kontrol yapısının hızlı tepki süresi, düşük salınım ve bozucu bastırma performansı açısından etkili olduğunu ve PID tabanlı kontrol yöntemlerine güçlü bir alternatif olabileceğini göstermektedir

In this study, the applicability of the Sliding Mode Control (SMC) method to a cascade control structure was investigated and its performance was evaluated. The performances of cascade Proportional–Integral–Derivative (PID), single-loop PID, and SMC-based control structures were compared, and the potential of the SMC method as an alternative to PID - based controllers was analyzed. The oscillations (chattering) observed in the SMC method were reduced by using the hyperbolic tangent (tanh) function instead of the sign function within the framework of the boundary layer approach, resulting in a system output with lower oscillations and more robust response against disturbances. A Direct Current (DC) motor system was experimentally modeled, and the proposed control structure was tested through both simulations and laboratory experiments using MATLAB/Simulink and real-time application toolboxes. The obtained real system data and performance metrics were compared to analyze the effectiveness of the control methods. The results demonstrate that the cascade sliding mode control structure is effective in terms of fast response time, low oscillation, and disturbance rejection performance, and can be considered a strong alternative to PID - based control methods.