Güncel metasezgisel algoritmalarla denetleyici optimizasyonları

Abstract

En uygun duruma getirme olan optimizasyon işlemi, mühendislikte en sık kullanılan adımlardan/süreçlerden birisidir. Herhangi bir mühendislik probleminde, belirli koşullar altında mümkün olan alternatiflerin (çözümlerin) içinde en iyisinin seçimi birçok açıdan (verim, maliyet vb.) son derece önemlidir. Matematiksel olarak bakıldığında bu işlem; belirlenen amaç fonksiyonunu istenen tanım aralığında optimum (en uygun) yapan değeri bulmaktır. Bunun için farklı yöntemler (deterministik, rassal vb.) mevcuttur. Son yıllarda optimizasyon problemlerinin çözümünde metasezgisel algoritmalardan geniş alanda faydalanılmaktadır. Bu doğrultuda da birçok metasezgisel algoritma geliştirilmiş ve geliştirilmeye devam edilmektedir. Evrimsel, doğadan esinlenilen (sürü tabanlı, fizik/kimya tabanlı, biyolojik tabanlı, insan tabanlı, vb.) gibi türleri olan bu algoritmalar özellikle büyük ve çok boyutlu optimizasyon problemlerinin çözümünde son derece başarılı sonuçlar vermektedirler. Elektrik-Elektronik Mühendisliği alanında denetleyiciler ve bunların tasarımları çok önemlidir. Temel PID denetleyicilerde ilgili katsayıları ayarlamak için klasik yöntemler (Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, vb.) mevcuttur. Gerçekleştirilen tez çalışmasında ise PID türü denetleyicilerdeki katsayıların ayarlanması, güncel altı tane metasezgisel algoritma ile gerçekleştirilmiştir. Bu metasezgisel algoritmalar kullanılarak farklı sistemler için P, PI ve PID denetleyici tasarımları, değişik kriterler (mutlak hatanın toplamı, hata karelerinin toplamı, zaman ağırlıklı mutlak hatanın toplamı, zaman ağırlıklı hata karelerinin toplamı ve özel hata fonksiyonu) altında yapılarak performansları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.

Optimization is one of the most frequently used steps/processes in engineering. In any engineering problem, the selection of the best among the possible alternatives (solutions) under certain conditions is extremely important in many aspects (efficiency, cost, etc.). From a mathematical point of view, this process is to find the value that makes the determined objective function the optimum (most appropriate) in the desired definition range. There are different methods (deterministic, random, etc.) for this. In recent years, metaheuristic algorithms have been widely used in the solution of optimization problems. In this direction, many metaheuristic algorithms have been developed and continue to be developed. These algorithms, which have types such as evolutionary, nature-inspired (swarm-based, physics/chemistry-based, biological-based, human-based, etc.) give extremely successful results, especially in solving large and multidimensional optimization problems. Controllers and their designs are very important in the field of Electrical and Electronics Engineering. Classical methods (Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, etc.) are available for setting the relevant coefficients in basic PID controllers. In thesis, the adjustment of the coefficients in the PID type controllers was carried out with six current metaheuristic algorithms. Using these metaheuristic algorithms, P, PI and PID controller designs for different systems were made under different criteria (sum of absolute error, sum of error squares, sum of time-weighted absolute error, sum of time-weighted error squares and special error function) and their performances were evaluated comparatively.