MATLAB Simulink’te sistemin PID kontrol edici ile dolaylı

Dolaylı kontrol sistemi ilk olarak PID kontrol edici ile kontrol edilip sistemin verdiği yanıtımlar gözlenmiş ve sonrasında YSA NARMA-L2 kontrol edici ile olan sonuçlarla kıyaslanmak istenmiştir. MATLAB Simulink‟te dolaylı kontrol sisteminin benzetimi yapılmıştır (Şekil 4.46). Benzetim içerisinde yer alan „‟Proses‟‟ adı verilen kısım tepkimeli damıtma kolonunun benzetiminin yapıldığı kısımdır (Şekil 4.47). PID kontrol edicinin ayar parametreleri Simulinkte „‟Tune‟‟ seçeneğiyle ayarlamıştır (Şekil 4.48).

Şekil 4.46 PID kontrol edici ile dolaylı kontrol sisteminin Simulink benzetimi

92

Şekil 4.47 Tepkimeli damıtma kolonun Simulink benzetimi (Benzetimdeki „‟Proses‟‟

kısmı)

Şekil 4.48 PID parametrelerinin Simulinkte „Tune‟ sekmesi ile ayarlanması

PID kontrol edici bulunan dolaylı kontrol sistemine basamak etkiler verildiğinde üst ürün sıcaklığı ve dolaylı olarak kütle kesri kontrol edilebilmiştir.

93

Şekil 4.49‟da verildiği üzere, pozitif basamak etkiye üst ürün kütle kesrinin yanıtımı görülmekte, üst ürün sıcaklığı yanıtımı ise Şekil 4.50‟de verilmektedir. Deneylerden elde edilen yatışkın koşul sıcaklık değeri olan 53,6℃, sıcaklık değeri için set noktası olarak belirlenmiştir. Sıcaklık değeri offset vererek set noktasına yaklaşmış ve sabit kalmıştır. Üst ürün kütle kesri istenilen seviyeye gelmiş ve sabit kalmıştır.

Şekil 4.49 PID kontrol edici olan sisteme pozitif basamak etki (0-1) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 10,41; ISE: 5,138)

Şekil 4.50 PID kontrol edici olan sisteme pozitif basamak etki (0-1) verildiğinde üst ürün sıcaklığı değişimi (IAE: 10,41; ISE: 5,138)

94

Üst ürün kütle kesrine pozitif yönde basamak etkisi (0,5-1) verilerek PID kontrol edici bulunan dolaylı kontrol sisteminin verdiği üst ürün metil asetat kütle kesri değişimi (Şekil 4.51) ve üst ürün sıcaklık değişimi (Şekil 4.52) gözlenmiştir. Üst ürün kütle kesri 1‟e gelerek burada sabit kalmıştır. Üst ürün sıcaklığı ise set noktasına yaklaşarak ve offset vererek burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.51 PID kontrol edici olan sisteme pozitif basamak etki (0,5-1) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 9,188; ISE: 2,423)

Şekil 4.52 PID kontrol edici olan sisteme pozitif basamak etki (0,5-1) verildiğinde üst ürün sıcaklığı değişimi (IAE: 9,188; ISE: 2,423)

95

Laboratuvar ölçekli tepkimeli damıtma kolonunda yapılan Deney-1‟de elde edilen üst ürün metil asetat kütle kesri değeri olan 0,8498 Simulink benzetiminde sisteme etki olarak verilmiş ve sonuçları gözlenmiştir. Üst ürün kütle kesrine pozitif yönde basamak etkisi (0-0,85) verilerek PID kontrol edici bulunan dolaylı kontrol sisteminin verdiği üst ürün metil asetat kütle kesri değişimi (Şekil 4.53) ve üst ürün sıcaklık değişimi (Şekil 4.54) gözlenmiştir. Sıcaklık değeri set noktasına yaklaşarak offset vermiş ve burada sabit kalmıştır. Kütle kesri 0,85 değerine gelerek sabit kalmıştır.

Şekil 4.53 PID kontrol edici olan sisteme pozitif basamak etki (0-0,85) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 8,848; ISE: 3,842)

Şekil 4.54 PID kontrol edici olan sisteme pozitif basamak etki (0-0,85) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 8,848; ISE: 3,842)

96

Üst ürün kütle kesrine negatif yönde basamak etkisi (1-0,5) verilerek sistemin verdiği üst ürün metil asetat kütle kesri değişimi (Şekil 4.55) ve üst ürün sıcaklık değişimi (Şekil 4.56) gözlenmiştir. Sıcaklık offset vererek burada sabit kalmıştır. Kütle kesri ise 0,5‟e gelerek burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.55 PID kontrol edici olan sisteme negatif basamak (1-0,5) etki verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 15,49; ISE: 7,421)

Şekil 4.56 PID kontrol edici olan sisteme negatif basamak (1-0,5) etki verildiğinde üst ürün sıcaklık değişimi (IAE: 15,49; ISE: 7,421)

97

Tepkimeli damıtma kolonu sistemindeki düzensizlik (regulatory) olan kazana verilen ısı Q‟ya pozitif basamak etki verildiğinde sistem yanıtımları Şekil 4.57 ve Şekil 4.58‟te verilmektedir. Sıcaklık değeri set noktasına offset vererek yaklaşmış ve burada sabit kalmıştır. Kütle kesri offset vererek 1‟e yaklaşmış ve burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.57 PID kontrol edici olan sisteme düzensizlik (Q, ısı) pozitif basamak etkisi ve-rildiğinde üst üründeki metil asetat kütle kesri değişimi (IAE: 10,34; ISE:

5,307)

Şekil 4.58 PID kontrol edici olan sisteme düzensizlik (Q, ısı) pozitif basamak etki veri-diğinde üst ürün sıcaklık değişimi (IAE: 10,34; ISE: 5,307)

98

Son olarak, tepkimeli damıtma kolonu sisteminde kazana verilen ısı Q‟ya negatif basa-mak etki verildiğinde sistem yanıtımları Şekil 4.59 ve Şekil 4.60‟da verilmektedir. Sı-caklık değeri offset vererek set noktasına yaklaşmış ve burada sabit kalmıştır. Kütle kesri 1‟e gelmiş ve burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.59 PID kontrol edici olan sisteme düzensizlik (Q, ısı) negatif basamak etkisi

verildiğinde üst üründeki metil asetat kütle kesri değişimi (IAE: 10,11; ISE:

5,296)

Şekil 4.60 PID kontrol edici olan sisteme düzensizlik (Q, ısı) negatif basamak etkisi verildiğinde üst üründeki sıcaklık değişimi (IAE: 10,11; ISE: 5,296)

99

Genel olarak, PID kontrolörü bulunan dolaylı kontrol sisteminin başarılı olduğu görül-mektedir. Üst ürün kütle kesrine basamak ve düzensizlik etkileri verildiğinde kütle kes-rinin istenilen değere ulaşıp burada sabit kaldığı gözlenmiştir. Üst ürün sıcaklığı ise basamak ve düzensizlik etkilerine karşın 53,6℃ set noktasına negatif yönde offset vere-rek yaklaştığı ve burada sabit kaldığı gözlemlenmiştir.

4.2.5.3 MATLAB Simulink’te Yapay Sinir Ağı NARMA-L2 kontrol edici ile sistemin dolaylı kontrolü

Sistemin MATLAB Simulink programında NARMA-L2 kontrol algoritması ile kontro-lü sağlanmıştır. NARMA-L2 kontrol edici ile sistemin Simulink benzetimi Şekil

4.61‟de verilmektedir. Şekilden de anlaşılacağı üzere ana hatlarıyla NARMA-L2 kontrolör kısmı ve işletme (plant) kısımlarından oluşmaktadır. İşletmenin (plant, proses)

simulink açılımı Şekil 4.62‟de verilmektedir.

Şekil 4.61 Sistemin Yapay Sinir Ağı NARMA-L2 kontrol edici ile dolaylı kontrol simulink benzetimi

100

Şekil 4.62 Prosesin Simulink benzetimi

Sistemin verileri olan YSA eğitim sonuçları girilip NN NARMA-L2 kontrol edicinin eğitimi yapılır (Şekil 4.63) ve sonuçları gözlemlenir (Şekil 4.64, Şekil 4.65 ve Şekil 4.66). YSA eğitim sonuçlar uygun olduğunda kabul edilir ve Simulink programında sistem çalıştırılır (RUN edilir).

Şekil 4.63 NARMA-L2 kontrol edici işletme eğitim algoritması için işletme verilerinin girilmesi

101

Şekil 4.64 NARMA-L2 kontrol algoritması için YSA eğitimi

Şekil 4.65 NARMA-L2 kontrol algoritması eğitim sonuçları-1

102

Şekil 4.66 NARMA-L2 kontrol algoritması eğitim sonuçları-2

MATLAB Simulink NARMA-L2 kontrol edici ile olan kontrol sonuçları üst ürün sıcak-lık değişimi ve üst ürün kütle kesri olmak üzere 2 ayrı çıktı olarak gözlemlenmiştir. Üst ürün kütle kesrine pozitif yönde basamak etki (0-1) verilmiş ve sonuçları gözlenmiştir.

Şekil 4.67‟de üst ürün metil asetat kütle kesri, Şekil 4.68‟de üst ürün sıcaklık yanıtımı verilmektedir. Sıcaklık set noktasına (53,6^oC) gelerek burada sabit kalmıştır. Üst ürün kütle kesri 1‟e gelerek burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.67 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme pozitif basamak etki (0-1) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 8,381; ISE: 4,29)

103

Şekil 4.68 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme basamak etki (0-1) verildiğinde üst ürün sıcaklığı değişimi (IAE: 8,381; ISE: 4,29)

Sisteme pozitif yönde (0,5-1) basamak etkisi verildiğinde sistem yanıtımları Şekil 4.69 ve Şekil 4.70‟te gözlemlenmiştir. Sıcaklık set noktasına yaklaşarak offset vermiş ve burada sabit kalmıştır. Üst ürün kütle kesri 1‟e gelerek burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.69 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme pozitif etki (0,5-1) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 7,522; ISE: 1,907)

104

Şekil 4.70 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme pozitif etki (0,5-1) verildiğinde üst ürün sıcaklık değişimi (IAE: 7,522; ISE: 1,907)

Laboratuvar ölçekli tepkimeli damıtma kolonunda yapılan Deney-1‟de elde edilen üst

ürün metil asetat kütle kesri değeri olan 0,8498 Simulink benzetiminde etki olarak verilmiş ve kontrol sonuçları gözlemlenmiştir. Üst ürün kütle kesrine pozitif yönde

basamak etkisi (0-0,85) verilerek NARMA-L2 kontrol edici bulunan dolaylı kontrol sisteminin verdiği üst ürün metil asetat kütle kesri değişimi (Şekil 4.71) ve üst ürün sıcaklık değişimi (Şekil 4.72) gözlenmiştir. Sıcaklık set noktasına yaklaşarak offset

vermiş ve burada sabit kalmıştır. Üst ürün kütle kesri 0,85‟e gelerek burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.71 YSA kontrol edici NARMA-L2 kontrol edici olan sisteme pozitif basamak etki (0-0,85) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 7,124; ISE:

3,041)

105

Şekil 4.72 YSA kontrol edici NARMA-L2 kontrol edici olan sisteme pozitif basamak etki (0-0,85) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 8,848; ISE:

3,842)

Üst ürün kütle kesrine negatif yönde basamak etkisi (1-0,5) verilmiştir. Sonuçları Şekil 4.73 ve Şekil 4.74‟de gösterilmektedir. Sıcaklık 51℃‟ye gelerek burada sabit kalmış ve offset vermiştir. Üst ürün kütle kesri 0,5‟e gelerek burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.73 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme negatif etki (1-0,5) verildiğinde üst ürün kütle kesri değişimi (IAE: 12,37; ISE: 5,657)

106

Şekil 4.74 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme negatif etki (1-0,5) verildiğinde üst ürün sıcaklık değişimi (IAE: 12,37; ISE: 5,657)

Tepkimeli damıtma kolonu sistemindeki düzensizlik (regulatory) olan kazana verilen ısı Q‟ya pozitif basamak etki verildiğinde, NARMA-L2 kontrol edici olan sistemin yanı-tımları Şekil 4.75 ve Şekil 4.76‟da verilmektedir. Sıcaklık set noktasına yaklaşarak off-set vermiş ve burada sabit kalmıştır. Üst ürün kütle kesri 1‟e yaklaşmış ve burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.75 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme düzensizlik (Q, ısı) pozitif ba-samak etkisi verildiğinde üst üründeki metil asetat kütle kesri değişimi (IAE: 8,327; ISE: 4,181)

107

Şekil 4.76 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme düzensizlik (Q, ısı) pozitif basamak etkisi verildiğinde üst ürün sıcaklık değişimi (IAE: 8,327; ISE:

4,181)

Son olarak, YSA NARMA-L2 kontrol edici bulunan dolaylı kontrol sisteminde düzen-sizlik faktörüne (Q) negatif basamak etki verilerek sistemin yanıtımları alınmıştır (Şekil 4.77 ve Şekil 4.78). Sıcaklık 52℃‟ye gelerek offset vermiş ve burada sabit kalmıştır. Üst ürün kütle kesri 1‟e gelerek burada sabit kalmıştır.

Şekil 4.77 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme düzensizlik (Q, ısı) negatif basamak etkisi verildiğinde üst üründeki metil asetat kütle kesri değişimi (IAE: 7,856; ISE: 4,065)

108

Şekil 4.78 YSA kontrol edici NARMA-L2 olan sisteme düzensizlik (Q, ısı) negatif basamak etkisi verildiğinde üst ürün sıcaklık değişimi (IAE: 7,856; ISE:

4,065)

Yapay Sinir Ağı NARMA-L2 kontrol edici olan dolaylı kontrol sistemine set noktası değişimi (servo) kontrolü ve düzensizlik (regulatory) kontrol uygulanmış ve genel olarak stabil yanıtımlar elde edilmiştir. Sistemin sıcaklığı kontrol edilirken dolaylı olarak kütle kesri de kontrol edilmiştir. Kontrol edici için parametre ayarı yapılmamış, yalnızca algoritmanın eğitimi yapılmıştır. Yapay Sinir Ağı NARMA-L2 kontrol edici metil asetat üretilen tepkimeli damıtma kolonunun dolaylı kontrolü için uygundur.

PID kontrol edici ile Yapay Sinir Ağı NARMA-L2 kontrol edici kontrol performansları olan IAE (Integral Absolute Error, Mutlak Hatanın İntegrali) ve ISE (Integral Square Error, Hatanın Karesinin İntegrali) birlikte değerlendirilmiştir. Her iki kontrol edici için IAE ve ISE değerleri yakın olmakla birlikte NARMA-L2 kontrol edici ile daha hassas sonuçlar elde edilmiştir. Tüm IAE ve ISE sonuçlarını Çizelge 4.16‟da verilmektedir.

109

Çizelge 4.16 PID ve NARMA-L2 IAE ve ISE (kontrol performansları) sonuçları

Kontrol performansı: IAE ISE

Kontrol edici:

Basamak etki /

Düzensizlik etki kontrol:

PID NARMA-L2 PID NARMA-L2

Kütle kesri pozitif basamak

etkisi kontrol 10,41 8,381 5,138 4,29

Kütle kesri pozitif basamak

(0,5-1) etkisi kontrol 9,188 7,522 2,423 1,907

Kütle kesri pozitif basamak

(0-0,85) etkisi kontrol 8,848 7,124 3,842 3,041

Kütle kesri negatif basamak

etkisi kontrol 15,49 12,37 7,421 5,657

Düzensizlik (Q) pozitif

ba-samak etkisi kontrol 10,34 8,327 5,307 4,181

Düzensizlik (Q) negatif

ba-samak etkisi kontrol 10,11 7,856 5,296 4,065