Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12540
Title: Design of fractional-order controller for two interacting tank level
Other Titles: Σχεδίαση ελεγκτή κλασματικής τάξης για τον έλεγχο της στάθμης σε δύο αλληλοεπιδρώσες δεξαμενές
Authors: Μπιζώνης, Βασίλειος
Keywords: Fractional-order circuits
Trans-linear circuits
Fractional-order controllers
Keywords (translated): Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Κυκλώματα διαγραμμικότητας
Ελεγκτές κλασματικής τάξης
Abstract: In this M.Sc. Thesis, a fractional-order Proportional-Integral (PI) controller for a two interacting tank level system is designed. The proposed concept offers the benefit of using a single topology for the varying operating behavior of this application. In addition, the final circuit comprises a compact solution with low power dissipation and reduced count of active components. The actual purpose of the controller is the adjustment of the liquid level of one tank, by varying the inflow rate of the other tank with a control valve. The transfer function that describes the operation of the system and, consequently, this of the required fractional PI controller vary, depending on the liquid level of the two tanks. This raises the necessity of a topology with tunable parameters. The integral stage of this controller, of which the fractional order remains constant in each case, is implemented using an RC network and an integrator circuit. This implementation, as well as the fact that the controller sub-circuits are current mirrors and trans-linear topologies, lead to a simpler final circuit with reduced amount of components. The gains, as well as the time constant, are electronically tunable, adjusting, therefore, the transfer function of the controller to the system operation. This offers the capability of using the same topology for the multiple operating regions. Moreover, the transistors of all topologies are selected to operate in weak inversion, this way, reducing the overall power dissipation and offering linear tuning. The performance of the proposed scheme is verified through post-layout simulations using Cadence and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35µm CMOS technology process.
Abstract (translated): Στη Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία αυτή, σχεδιάζεται ένας Αναλογικός-Ολοκληρωτικός (PI) ελεγκτής κλασματικής τάξης για ένα σύστημα στάθμης δύο αλληλεπιδρώντων δεξαμενών. H προτεινόμενη ιδέα προσφέρει το πλεονέκτημα της χρήσης μίας μοναδικής τοπολογίας για τη μεταβαλλόμενη λειτουργική συμπεριφορά αυτής της εφαρμογής. Επιπρόσθετα, το τελικό κύκλωμα αποτελεί μια συμπαγή λύση με μικρή κατανάλωση ισχύος και μειωμένο αριθμό ενεργών στοιχείων. Ο ακριβής στόχος του ελεγκτή είναι η ρύθμιση της στάθμης του υγρού της μίας δεξαμενής, μεταβάλλοντας το ρυθμό εισροής της άλλης δεξαμενής με μια βαλβίδα ελέγχου. Η συνάρτηση μεταφοράς που περιγράφει τη λειτουργία του συστήματος και, κατα συνέπεια, αυτή του απαιτούμενου κλασματικού PI ελεγκτή μεταβάλλονται, με βάση τη στάθμη του υγρού στις δύο δεξαμενές. Αυτό δημιουργεί την ανάγκη μιας τοπολογίας με ρυθμιζόμενες παραμέτρους. Το τμήμα ολοκλήρωσης αυτού του ελεγκτή, του οποίου η κλασματική τάξη παραμένει σταθερή σε όλες τις περιπτώσεις, υλοποιείται με τη χρήση ενός δικτύου RC και ενός κυκλώματος ολοκληρωτή. Η υλοποίηση αυτή, καθώς και το γεγονός ότι τα επιμέρους κυκλώματα του ελεγκτή είναι καθρέπτες ρεύματος και τοπολογίες διαγραμμικότητας, οδηγούν σε ένα απλούστερο τελικό κύκλωμα με μειωμένο αριθμό στοιχείων. Τα κέρδη, καθώς και η σταθερά χρόνου, είναι ηλεκτρονικά ρυθμιζόμενα, προσαρμόζοντας, έτσι, τη συνάρτηση μεταφοράς του ελεγκτή στη λειτουργία του συστήματος. Αυτό προσφέρει τη δυνατότητα χρήσης της ίδιας τοπολογίας για τις πολλαπλές περιοχές λειτουργίας. Επιπλέον, τα τρανζίστορ όλων των τοπολογιών επιλέγονται να λειτουργούν στην ασθενή αναστροφή, μειώνοντας, με τον τρόπο αυτό, την ολική κατανάλωση ισχύος και προσφέροντας γραμμική ρύθμιση. Η ορθή λειτουργία του προτεινόμενου κυκλώματος επαληθεύεται μέσω προσομοιώσεων μετά από σχεδιασμό σε επίπεδο layout, με τη βοήθεια λογισμικού Cadence και Design Kit που προσφέρονται από την τεχνολογία Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35µm CMOS.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Bizonis_Thesis.pdf4.21 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.