Uyarlamalı Harmonik Kontrol Dizileri Gelistirilmesi ve Güç Elektronigine Uygulanması

Harmonic Control Arrays (HCA) is a control method to develop zero tracing or minimize the steady state error signal between the output and the reference by controlling the complex harmonic frequency components of the control signal separately in systems with periodic reference or disturbance. The method is based on the controller evaluating the harmonic frequency components of the error signal instead of directly evaluating the real-time error signal as in classical control methods. In this way, instead of a single controller, it becomes possible to use separate controllers for each harmonic component. In addition, in systems with periodic reference or disturbances, these harmonic components transform into fixed complex value signals over time, and with the help of integral control, the steady state error in each harmonic is removed, and as a result, the output can successfully follow the periodic reference signal. The HCA method has been successfully applied in many systems, including power electronics applications. Faster and more robust control can be achieved with an easier design than resonant control, repetitive control or internal model control methods, which are the most used control methods in the literature. In the HCA method, since the fundamental frequency, together with the desired number of harmonic components of the periodic signal, can be controlled separately, a more suitable control design is possible, especially for nonlinear systems. In addition to the advantages of the method, currently, the main shortcoming is how to determine the complex PI coefficients to keep stability and satisfy the desired performance. One of the methods that can be used to gradually achieve and keep desired performance is adaptive control. For this purpose, it is aimed to develop an Adaptive Harmonic Control Arrays (AHCA) method that adaptively adjusts the complex gains of the PI controllers to be used in Harmonic Control Arrays and thus automatically succeeds in the zero steady-state error tracking between the output and the periodic reference. The way to follow here is to achieve zero or the least possible error signal tracking by satisfying the stability at the output with each complex coefficient determined adaptively. Developing a robust adaptive structure in systems with many harmonic components poses many complications because a single harmonic component's instability can make the entire system unstable. With the implementation of this stable adaptive structure, a significant convenience will be provided in periodic control because, in this case, complex coefficients can be determined automatically during the control process of the system. The project will be carried out at FBU and Marmara Universities with a total of 4 researchers and 3 scholars. In the first phase of the project, studies will be carried out on the development of an adaptive control algorithm, and it will be tested by applying it on various typical systems in a simulation environment. Then, the AHCA method will be applied in two separate power electronics-based test systems in a simulation environment and in real-time. As test systems, the first single-phase PWM inverter system will be used. Then, the permanent magnet synchronous motor (PMSM) control system will be implemented. In these systems, total harmonic distortion will be reduced to minimum levels with a sufficient number of harmonic controls. The theoretical results, algorithms, and data obtained by comparing the test results in the laboratory environment, together with the results of simulation studies and other related methods, will be presented in the relevant scientific environments. As a result, the project will reveal a unique and useful adaptive harmonic control method that can be used in both academic research and industrial applications. Harmonik Kontrol Dizileri (HKD), periyodik referanslı veya bozuculu sistemlerde, kontrol işaretinin kompleks harmonik frekans bileşenlerini ayrı ayrı kontrol ederek çıkış ile referans arasındaki kalıcı durum hata işaretini sıfırlamak veya en aza indirmek için geliştirilmiş bir yöntemdir. Yöntem, denetleyicinin klasik kontrol yöntemlerindeki gibi doğrudan gerçek zamanlı hata işaretini değerlendirmesi yerine, hata işaretinin harmonik frekans bileşenlerini değerlendirmesine dayanmaktadır. Bu sayede, hata sinyalini ele alan tek bir denetleyici yerine, hata sinyalinin her bir harmonik bileşeni için ayrı ayrı denetleyiciler kullanmak mümkün hale gelmektedir. Ayrıca, periyodik referans veya bozuculu sistemlerde bu harmonik bileşenler, zaman içinde sabit kompleks değerli işaretlere dönüştüğünden, integral kontrol yardımıyla hatanın her bir harmoniğindeki kalıcı durum hatasının sıfırlanması, böylelikle çıkışın periyodik referans işaretini hatasız bir şekilde takip edebilmesi sağlanmaktadır. HKD yöntemi güç elektroniği uygulamaları da dahil olmak üzere birçok sistemde başarı ile uygulanmıştır. Literatürde periyodik işaretli kontrol için en çok kullanılan rezonant, tekrarlamalı veya dahili model yöntemlerinden daha kolay bir tasarımla, daha hızlı ve gürbüz kontrol sağlanabilmektedir. HKD yönteminde, periyodik işaretin temel frekans ile birlikte istenilen sayıdaki harmonik bileşenlerine ayrı ayrı denetim uygulanabildiğinden, özellikle doğrusal olmayan sistemler için daha uygun bir kontrol tasarımı mümkün olmaktadır. Yöntemin sahip olduğu üstünlükler yanında, mevcut durumdaki en temel eksiği, kararlılığı koruyacak ve istenen performansı sağlayacak kompleks PI katsayılarının analitik olarak nasıl belirleneceğidir. İstenen performansa tedricen ulaşmada ve korumada kullanılabilecek bir yöntem uyarlamalı kontroldür. Bu projedeki amacımız, Harmonik Kontrol Dizilerinde kullanacak PI denetleyicilerin kompleks kazançlarını uyarlamalı olarak ayarlayan ve böylece çıkış ile periyodik referans arasındaki kalıcı durum hatasının otomatik olarak sıfırlanmasını sağlayan Uyarlamalı Harmonik Kontrol Dizileri (UHKD) yöntemini geliştirmektir. Burada izlenecek yol, uyarlamalı olarak belirlenen her bir kompleks katsayı ile çıkıştaki kararlılığı sağlayarak, sıfır veya olabilecek en az hatalı işaret takibine ulaşmaktır. Çok sayıda harmonik bileşene sahip sistemlerde gürbüz bir uyarlamalı yapının geliştirilmesi daha büyük zorluklar içermektedir. Çünkü tek bir harmonik komponentin kararsızlaşması dahi tüm sistemi kararsız yapabilmektedir. Bu kararlı uyarlamalı yapının gerçeklenmesi ile periyodik kontrolde önemli bir kolaylık sağlanmış olacaktır, zira bu durumda kompleks katsayılar otomatik olarak sistemin kontrol sürecinde belirlenebilecektir. Proje, FBÜ ve Marmara Üniversitelerinde, toplam 4 araştırmacı ve 3 bursiyer ile yürütülecektir. Projede ilk aşamada, uyarlamalı kontrol algoritması geliştirme üzerinde çalışmalar yapılacak, simülasyon ortamında çeşitli tipik sistemler üzerine uygulanarak test edilecektir. Daha sonra UHKD yöntemi iki ayrı güç elektroniği tabanlı test sisteminde simülasyon ortamında ve gerçek zamanda uygulanacaktır. Test sistemleri olarak, önce tek fazlı PWM inverter sistemi kullanılacaktır. Ardından sürekli mıknatıslı senkron motor kontrol sistemi ele alınacaktır. Bu sistemlerde, yeterli sayıda harmonik kontrol ile, toplam harmonik bozulma minimum düzeylere getirilecektir. Laboratuvar ortamındaki test sonuçları, simülasyon çalışmaları ve diğer ilgili yöntemlerin sonuçları ile karşılaştırılarak ulaşılan teorik sonuçlar, algoritmalar ve veriler ilgili bilimsel ortamlarda sunulacaktır. Neticede, proje ile, hem akademik araştırmalarda hem de endüstriyel uygulamalarda yer alacak özgün ve kullanışlı bir uyarlamalı harmonik kontrol yöntemi ortaya çıkarılacaktır.