Decoupled speed regulation and enhanced power extraction in SRM: a comparative analysis of PO- and PSO- based PID tuning
SRM'de ayrık hız düzenlemesi ve geliştirilmiş güç eldesi: PO- ve PSO- tabanlı PID ayarlamasının karşılaştırmalı analizi
- Tez No: 972864
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABBAS UĞURENVER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Relüktans Motoru (SRM), Oransal-Türevsel-İntegral (PID) Kontrolü, Maksimum Güç Noktası Takibi (MPPT), Perturb and Observe (PO), Parçacık Sürüsü Optimizasyonu (PSO), Yenilenebilir Enerji, Enerji Verimliliği, Switched Reluctance Motor (SRM), Proportional-Integral-Derivative (PID) Control, Maximum Power Point Tracking (MPPT), Perturb and Observe (PO), Particle Swarm Optimization (PSO), Renewable Energy, Energy Efficiency
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Aydın Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Küresel çapta etkili ve çevre dostu enerji teknolojilerine duyulan artan talepler, yenilenebilir enerji cihazlarının teknolojik gelişiminde sürekli bir iyileştirme ihtiyacı doğurmuştur. Elektrik motorları arasında, Switched Reluctance Motorları (SRM'ler), sundukları hata toleransı, küçük tasarımları ve çok geniş hız aralıklarında çalışma esnekliği ile gelecekteki fırsatlar olarak tanınmaktadır. Bu özellikler, SRM'leri rüzgar enerjisi üretimi, güneş enerjisi üretimi, elektrikli mobilite ve endüstriyel tahrik gibi yenilenebilir enerji tabanlı uygulamalar için son derece uygun hale getirmektedir. Ancak SRM'ler pek çok avantajlı özelliğe sahip olmasına rağmen, yüksek derecede doğrusal olmayan özellikleri, çok yüksek tork dalgalanmaları ve karmaşık dinamik davranışları nedeniyle bazı zorlu kontrol problemleri de ortaya çıkarmaktadır. SRM'lerde optimizasyon ve kararlılık, hız ve güç çıkışını etkili bir şekilde yöneterek maksimum enerji tasarrufu sağlarken, doğru kontrol yöntemleriyle elde edilmektedir. Geleneksel olarak, PID kontrolörleri endüstriyel motor kontrolünde basitlikleri ve uygulanabilirlik kolaylıkları nedeniyle kullanılmaktadır. Ancak, geleneksel PID kontrolörleri sabit ayar parametrelerine dayanarak tasarlandıkları için, değişen çalışma koşullarında SRM'lerin dinamik ve doğrusal olmayan doğasını ele almak için ideal değildir. Statik PID kontrolün gerçek zamanlı tepki verme yetersizliği, her zaman yüksek salınımlar, geç cevaplar ve artan güç kayıplarına yol açan suboptimal performansın gelişmesine neden olur. Yenilenebilir kaynaklarla çalışan SRM sistemlerinde, yenilenebilir enerji kaynaklarından maksimum güç çıkışı sağlamak için Maximum Power Point Tracking (MPPT) algoritmalarının sisteme uygulanması gerekmektedir. Çeşitli MPPT teknikleri arasında, Perturb and Observe (PO) yöntemi basitliği ve kolay uygulanabilirliği nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, PO'nun maksimum güç noktasına (MPP) yakın salınımlar, yavaş yakınsama ve ani çevresel değişimlere duyarlılık gibi bazı sınırlamaları vardır ve bu durum sistem verimliliğini azaltmaktadır. SRM tahrik sistemlerinin performans optimizasyonu için, Particle Swarm Optimization (PSO) gibi sezgisel arama tabanlı optimizasyon yöntemleri, dinamik PID kontrolör ayarı için keşfedilmiştir. Sürü zekâsından yararlanarak, PSO kontrol parametrelerinin gerçek zamanlı optimizasyonunu sağlayarak yakınsama, kararlılık ve enerji verimliliğini artırır. Geleneksel MPPT yöntemlerinin aksine, PSO tabanlı optimizasyon, değişen sistem koşullarına dinamik olarak tepki verir, böylece maksimum güç toplama ve yüksek performanslı motor çalışmasını sağlar. Bu makale, SRM tahriklerinde PID optimizasyon kontrolü için PSO ve PO algoritmalarının karşılaştırmalı bir incelemesini sunmaktadır. Araştırma süreci, farklı çalışma koşullarında kararlılık, yakınsama hızı, güç verimliliği ve dinamik performans gibi önemli performans faktörleri arasındaki karşılaştırmalar için geniş çaplı MATLAB tabanlı simülasyonlar kullanılarak yapılmıştır. Simülasyon sonuçları, PO ve PSO'nun aynı PID kontrollü SRM'de uygulanmış olmalarına rağmen, PSO tabanlı kontrol stratejisinin güç çıkarımı verimliliği ve kararlılık açısından PO'dan çok daha iyi çalıştığını göstermektedir. PO tarafından deneyimlenen güç dalgalanmaları, PID kontrolörünü motor hız kararlılığını kaybetmekten etkilemez, bu nedenle güç salınımları SRM'nin kararlı durumda çalışmasını engeller. Ayrıca, PSO tabanlı kontrol daha düşük güç salınımları ve iyileştirilmiş verimlilikle sonuçlanarak enerji kaybını azaltır ve sistem güvenilirliğini artırır. Bu bulgular, yenilenebilir enerjiyle tahrik edilen SRM sistemlerinde PID parametre ayarları için akıllı optimizasyon tekniklerinin kullanımının avantajlarını doğrulamaktadır. Gelişmiş kontrol şemalarının eklenmesiyle, bu makale yenilenebilir enerji uygulamaları için gelecek nesil motor tahrik sistemleri üzerine mevcut araştırmalara katkı sağlamaktadır. Çalışma, enerji dönüşüm verimliliği, kararlılık ve sistem performansını artırmak için adaptif ve kendi kendini optimize eden algoritmaların rolü hakkında değerli bilgiler sunmaktadır. Akıllı ve duyarlı enerji sistemlerine olan yüksek ihtiyacın olduğu bir dünyada, PSO tabanlı optimizasyonun SRM kontrolünde uygulanması, daha verimli ve güvenilir yenilenebilir enerji teknolojileri için önemli bir adımdır.
Özet (Çeviri)
Augmenting global requirements for effective and eco-friendly energy technologies have raised demands for steady improvement in the state of art for renewable energy devices. Switched Reluctance Motors (SRMs), amongst motors, are recognized to be an upcoming opportunity due to the fault tolerance they offer, along with small design and good flexibility in running at a very large speed range. These characteristics make SRMs most suitable for renewable energy-based applications like wind power generation, solar power generation, electric mobility, and industrial drives. But despite SRMs consisting of a lot of favourable characteristics, they also present some challenging control problems due to their highly nonlinear characteristics, very high torque ripple, and complex dynamic behaviour. Optimization and stability in SRMs are attained through exact control methods that can effectively manage speed and power extraction while ensuring maximum energy savings. Traditionally, PID controllers have been used in industrial motor control due to their simplicity and ease of application. Traditional PID controllers, however, are designed on fixed tuning parameters and thus are not ideal in handling the dynamic and nonlinear nature of SRMs under varying operating conditions. The inability of static PID control to react real-time causes non-optimal performance to always develop into high oscillations, late responses, and increased losses of power. In SRM systems driven by renewable sources, Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithms need to be implemented in the system to maximize power extraction from renewable energy sources such as photovoltaic (PV) arrays and wind turbines. Of various MPPT techniques, the Perturb and Observe (PO) method is widely utilized owing to its simplicity and ease of implementation. However, PO suffers from certain limitations like slow convergence, oscillations near the maximum power point (MPP), and vulnerability to sudden environmental variations, which reduce the system efficiency overall. For performance optimization of SRM drive systems, heuristic search-based optimization methods such as Particle Swarm Optimization (PSO) have been explored for dynamic PID controller tuning. By utilizing swarm intelligence, PSO offers real-time optimization of control parameters with improved convergence, stability, and energy efficiency. Unlike conventional MPPT methods, PSO-based optimization responds dynamically to changing system conditions, enabling maximum power harvesting and high-performance motor operation. This paper offers a comprehensive comparative study of PSO and PO algorithms for PID optimization control in SRM drives. The research process is carried out using extensive MATLAB-based simulations to compare among important performance factors such as stability, convergence rate, power efficiency, and dynamic performance under different operating conditions. Simulation results show that even though both PO and PSO are implemented in the same PID-controlled SRM, the PSO-based control strategy works much better than PO in terms of power extraction efficiency and stability. Power fluctuations experienced by PO do not impact the PID controller to induce a loss of motor speed stability, and hence power oscillations prevent steady-state operation of the SRM. Besides, PSO-based control has lower power oscillations and improved efficiency, leading to reduced energy loss and increased system reliability. These findings validate the advantages of employing intelligent optimization techniques for PID parameter tuning in renewable energy-driven SRM systems. With the inclusion of advanced control schemes, this paper contributes to existing research on next-generation motor drive systems for renewable energy applications. The study provides valuable insights into the role of adaptive and self-optimizing algorithms in increasing the efficiency of energy conversion, stability, and performance of the system. In a world where there is a high need for smart and responsive energy systems, the application of PSO-based optimization in SRM control is a substantial step towards more efficient and dependable renewable energy technology.
Benzer Tezler
- Tümdevrelerle modem sentezi
Başlık çevirisi yok
ERDEM ÖZÜTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜR TÜTÜNCÜOĞLU
- Endüstriyel güç sistemlerinde kararlılık otomatik kontrol ve yük atma
Başlık çevirisi yok
ERSİN ARAS
Doktora
Türkçe
1988
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET GERÇEKLER
- Variable structure control of a manipulator with four degrees of freedom
Dört özerklik derecesine sahip bir robot kolunun değişken yapılı bir denetim algoritmasıyla kontrolu
FİGEN ÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
1989
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiDOÇ. DR. AHMET DENKER
- Anizotrop dielektrik bir tabakadan düzlemsel elektromagnetik dalgaların saçılması
Başlık çevirisi yok
ARSLAN YAZICI
Yüksek Lisans
Türkçe
1990
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. HAMİT SERBEST
- A Graphical interface for power system applications
Başlık çevirisi yok
CENGİZ KIRIŞTIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
1991
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. İSMET ERKMEN
- Mikropolar ortamlarda nonlineer dalga yayılması
Nonlinear wave propagation in micropolar media
SAADET ERBAY