Eğitim amaçlı bir iklimlendirme odasının yapay zeka teknikleri ile modellenmesi ve kontrolu


Thesis Type: Doctorate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Institute for Graduate Studies in Pure and Applied Sciences, Turkey

Approval Date: 2007

Thesis Language: Turkish

Student: YUSUF İZGİ

Principal Supervisor (For Co-Supervisor Theses): Burhanettin Can

Co-Supervisor: Hasan Erdal

Abstract:

EĞİTİM AMAÇLI BİR İKLİMLENDİRME ODASININ YAPAY ZEKA TEKNİKLERİ İLE MODELLENMESİ VE KONTROLU Bu çalışmada, Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Bölümü, Kontrol Eğitimi Anabilim Dalı Otomatik Kontrol Laboratuvarı’nda bulunan, iklimlendirme deney odasının sıcaklık ve nem davranışları geri beslemeli Yapay Sinir Ağları yardımıyla modellenmiştir. Yapay Sinir Ağı tabanlı iklimlendirme deney odası modelini kontrol etmek üzere bir Bulanık Kontrolör geliştirilmiştir. Kontrolörün geliştirilmesinde, daha önceden fiziki sistemi kontrol etmek üzere geliştirilmiş olan kural tabanlı Bulanık Kontrolörün fonksiyonel özelliklerinin korunmasına özen gösterilmiştir. Böylelikle Yapay Sinir Ağları ile elde edilen modelle yapılan kontrol deneyi benzetim sonuçlarının gerçek sistemin kontrolünde elde edilen deney sonuçları ile karşılaştırılması amaçlanmıştır. İklimlendirme deney odası ile daha önceden yapılan çalışmalarda sistemin; Bulanık Kontrolör veya Bulanık Kontrolör+YSA tabanlı kontrolörler yardımıyla denetlenmesi sağlanmıştır. Bu çalışmada ilk kez sistemin ısıl davranışları Yapay Sinir Ağları ile eğitilmiş ve İklimlendirme Deney Odası gibi davranan modeli elde edilmiştir . İklimlendirme Deney Odasının ısıl davranış biçiminin bir çok parametreye bağlı olmasının yanında nem ve sıcaklığın farklı davranışlar sergileyen değişkenler olduğu göz önüne alınarak temelde model, nem ve sıcaklık Yapay Sinir Ağları olarak ikiye ayrılmıştır. Daha sonra her bir sıcaklık ve nem çalışma uzayı sıcaklık güç aralıkları bazında dörder alt uzaya ayrılmışlardır. Dolayısıyla sıcaklık için dört, nem için dört olmak üzere toplam sekiz adet Yapay Sinir Ağı eğitilmiştir ve bunların tümüne Model adı verilmiştir. Elde edilen Modelin ve Kontrolörün eğitim amaçlı kullanılması hedeflenmiştir. Bu amaçla Bulanık Kontrolör ve sıcaklık, nem için gerçekleştirilen Yapay Sinir Ağları hesaplama modülleri Delphi programlama dili ile yazılmış ve bu çalışmanın uzantısı olabilecek gelecekteki çalışmalarda kullanılmak üzere komponent haline getirilmişlerdir. Delphi programlama dili yardımıyla geliştirilen komponentleri kullanan bir uygulama programı geliştirilmiştir. Bu uygulama programı yardımıyla Bulanık Kontrolör ve Model kapalı çevrim olarak işletilebilmekte, hem Bulanık Kontrolör ve hem de Model tarafından üretilen sonuçlar kayıt edilebilmektedir. Uygulama programında ayrıca açık çevrim testler yapmak için bir modül yer almaktadır. Bu modülde Bulanık Kontrolör devre dışı bırakılmakta ve Model girişlerine sabit işaretler ve kendi çıkışı geri beslenmekte ve Modelin tepkileri test edilebilmektedir. Model’in açık çevrim ve Bulanık Kontrolörle kapalı çevrim olarak yapılan deneylerinden elde edilen sonuçlar, İklimlendirme Deney Odasının önceki çalışmalarda gerçekleştirilen fiziki kontrolü süresince elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır ve başarılı sonuçlar alınmıştır. SUMMARY MODELLING AND CONTROL OF A CLIMATIZATION TEST CHAMBER WITH ARTIFICIAL INTELLIGENCE TECHNIQUES In this thesis, thermal behavior of the Climatization Test Chamber in the Automatic Control Laboratory of the Technical Education Faculty of Marmara University is studied under several fresh air damper positions, humidifier conditions and different heater powers. The system model derived from Artificial Neural Networks using heat and humidity data are obtained from electronic modules and sensors installed on the Climatization Test Chamber. In order to control the Artificial Neural Networks based model of the Climatization Test Chamber, a Fuzzy controller was derived from a rule based Fuzzy controller, which controls Climatization Test Chamber physically. Consequently, comparison of the control results of the system model and the physical system is aimed. In previous studies on the same Climatization Test Chamber; control of the physical system with Fuzzy controlers or Fuzzy+Artificial Neural Networks based controllers have been already obtained. With this study, thermal behaviour of the system is now modelled using Artificial Neural Networks. Thermal behaviour of the Climatization Test Chamber depends on many parameters as well as heat and humidity show different actions. Therefore the model of the system is separated into two parts as heat and humidity Artificial Neural Networks. Each heat and humidity working domain are further seperated into four different sub-regions based on heating power ranges. Total of eight Artificial neural Networks were trained; four of them for heat and four of them for humidity. The main purpose is to use the Model for education activities. Within this frame, Fuzzy controller and Artifical neural Networks, developed for heat and humidity, were programmed as components using Delphi programming. Separate application software is developed which can be run in closed-loop operations. Thus the results of the Fuzzy controller and the model can be recorded. In addition to this, there is a module in the application software which performs open-loop tests. In this module, the Fuzzy controller is discarded and fixed values are fed to the Model together with the output values of the Model. In this way, the reaction of the model can be tested. When control result of the system model is compared with control result of the physical system, successful results are obtained.