Modelling, simulation and control of quadruple tank process

Abstract

Tek giriş (değişken) ile kontrol edilebilen tek çıkışlı basit prosesler; TGTÇ sistemler olarak tanımlanabilir. Gerçek hayatta karşılaştığımız sistemler maalesef bu kadar basit değildir ve genelde birden fazla girişe ve çıkışa sahiptirler. Böyle sistemlere Çok Girişli Çok Çıkışlı Sistemler (ÇGÇÇ) denir. ÇGÇÇ sistemler dinamiklerinin çeşitli ve karmaşık olmasının yanı sıra doğrusal olmayan davranışlar sergilerler. Bu tür sistemlerin bir diğer dezavantajı ise bir giriş birden fazla çıkışı etkileyebilir, bu da mevcut sistemlerin kontrolünü daha karmaşık hale getirebilir.ÇGÇÇ sistemlerle çalışmak ve kontrolünü sağlamak üzere iki girişli ve iki çıkışlı olan dörtlü tank sistemi örnek proses olarak seçilmiştir. Bu sistem hem doğrusal hem de doğrusal olmayan denetleyici tasarlanmasına uygun olmasıyla beraber minimum fazlı ve minimum olmayan fazlı sistem özellikleri göstermektedir.Bu amaç doğrultusunda prosesin matematik modeli elde edilmiştir. Dört farklı denetleyici tasarımı yapılmıştır. Son olarak sisteme eyleyici hatası uygulanarak sistem cevapları analiz edildi, ilgili çıkarımlar sonuçlar bölümünde ifade edildi.

Simple processes with only one output that may controlled by one input (variable) are known as single input single output process. But many processes are not such simple. They have more than one input (variable) and one output, which are called Multi Input-Multi Output (MIMO) processes. Common MIMO systems have some difficulties, such that they are large and complex. In addition, they have nonlinearities and also loop interactions which are between inputs and outputs. On the purpose of studying multivariable systems and designing controllers, the quadruple tank process (QTP), which has two inputs and two outputs, nonlinearities and loop interactions, is chosen as a benchmark. QTP is suitable for studying linear and nonlinear controllers and exhibits minimum and non-minimum system behaviors due to changing valve positions. At first mathematical model of the system is obtained. Linearization of nonlinear process is delivered, than various control methods are applied and finally, the controlled system performance results are compared.