Design of fractional-order controller for motion control systems
| datacite.contributor.Supervisor | Κωνσταντίνος Ψυχαλίνος | |
| datacite.rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | el |
| dc.contributor.author | Μαλατέστα, Ραφαηλία | |
| dc.contributor.other | Malatesta, Rafailia | |
| dc.date.accessioned | 2021-03-05T13:10:44Z | |
| dc.date.available | 2021-03-05T13:10:44Z | |
| dc.date.copyright | 2021-02 | |
| dc.degree | masterThesis | el |
| dc.description.abstract | Recent developments in the field of analog integrated circuits have led to a new interest in circuitry design process, utilizing fractional calculus. Fractional-order models of real systems are undoubtedly more adequate than usually used integer order models, especially concerning control theory and motion control systems. Related applications have not yet been fully realized, primarily due to the commercially unavailable way of using fractional-order capacitors in the standard topologies. Previous studies have suggested as an alternative approach to implement fractional-order controllers, the realization of rational transfer functions that approximate their respective fractional-order transfer functions. While significant research has been carried out on fractional-order PID (FOPID) controllers, only few studies have attempted to investigate fractional-order [PD] (FO[PD]) controller. A review of the research that has been conducted on the design of fractional-order controller for motion control systems is initially performed in this M.Sc. Thesis. The main purpose of the study is the approximation of the controller transfer function, using Padé approximation method and consequently the circuitry implementation. The FO[PD] controller realization takes place, utilizing Operational Transconductance Amplifiers (OTAs), in order to achieve electronic tuning of the controllers’ characteristics. The required CMOS OTAs topology is performed using MOS transistors biased in the subthreshold region, which allows operation with low-voltage and low-power dissipation. The performance of the presented structures is evaluated through the derived simulation results, using Cadence software and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) CMOS 0.35μm technology | el |
| dc.description.translatedabstract | Οι πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα των αναλογικών κυκλωμάτων οδήγησαν σε ένα νέο ενδιαφέρον ως προς τον σχεδιασμό τους, με αξιοποίηση του κλασματικού λογισμού. Τα μοντέλα κλασματικής τάξης των πραγματικών συστημάτων είναι αναμφίβολα πιο επαρκή από τα συνήθως χρησιμοποιούμενα μοντέλα ακέραιας τάξης, ειδικά όσον αφορά τη θεωρία ελέγχου και τα συστήματα ελέγχου κίνησης. Οι σχετικές εφαρμογές δεν έχουν ακόμη υλοποιηθεί πλήρως, κυρίως λόγω του εμπορικά μη διαθέσιμου τρόπου χρήσης των πυκνωτών κλασματικής τάξης στις τυπικές τοπολογίες. Προηγούμενες μελέτες έχουν προτείνει ως εναλλακτική προσέγγιση για την εφαρμογή ελεγκτών κλασματικής τάξης, την πραγματοποίηση λογικών συναρτήσεων μεταφοράς που προσεγγίζουν τις αντίστοιχες συναρτήσεις κλασματικής τάξης. Ενώ έχει σημειωθεί αξιόλογη έρευνα σχετικά με τους ελεγκτές κλασματικής τάξης PID (FOPID), λίγες μόνο μελέτες προσπάθησαν να διερευνήσουν τον ελεγκτή κλασματικής τάξης [PD] (FO[PD]). Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία πραγματοποιείται, αρχικά, μια ανασκόπηση της έρευνας που έχει διεξαχθεί ως προς τον σχεδιασμό ενός ελεγκτή κλασματικής τάξης για συστήματα ελέγχου κίνησης. Ο κύριος σκοπός της μελέτης, είναι η προσέγγιση της συνάρτησης μεταφοράς του ελεγκτή, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο προσέγγισης Padé και κατά συνέπεια η υλοποίηση του κυκλώματος. Αυτή η υλοποίηση για τον ελεγκτή FO[PD] λαμβάνει χώρα χρησιμοποιώντας Τελεστικούς Ενισχυτές Διαγωγιμότητας (OTAs), προκειμένου να επιτευχθεί ηλεκτρονική ρύθμιση των χαρακτηριστικών του ελεγκτή. Η τοπολογία των απαιτούμενων CMOS OTAs εκτελείται με χρήση MOS τρανζίστορ, πολωμένων στην περιοχή υποκατωφλίου, η οποία επιτρέπει λειτουργία με χαμηλή τάση και κατανάλωση ισχύος. Η απόδοση των παρουσιαζόμενων δομών αξιολογείται μέσω των παραγόμενων αποτελεσμάτων προσομοίωσης, έπειτα από χρήση του λογισμικού Cadence και του Design Kit που παρέχεται από την τεχνολογία Austria Mikro Systeme (AMS) CMOS 0.35\mu m. | el |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10889/14608 | |
| dc.language.iso | en | el |
| dc.subject | Fractional-order circuits | el |
| dc.subject | Fractional-order controllers | el |
| dc.subject | Motion control systems | el |
| dc.subject | Padé approximation method | el |
| dc.subject | Fractional-order filters | el |
| dc.subject | Inverse Follow-the-Leader-Feedback (IFLF) | el |
| dc.subject | Partial Fraction Expansion (PFE) | el |
| dc.subject | Operational Transconductance Amplifiers (OTAs) | el |
| dc.subject | CMOS analog integrated circuits | el |
| dc.subject.alternative | Κυκλώματα κλασματικής τάξης | el |
| dc.subject.alternative | Ελεγκτές κλασματικής τάξης | el |
| dc.subject.alternative | Συστήματα ελέγχου κίνησης | el |
| dc.subject.alternative | Μέθοδος προσέγγισης Padé | el |
| dc.subject.alternative | Φίλτρα κλασματικής τάξης | el |
| dc.subject.alternative | Τελεστικοί ενισχυτές διαγωγιμότητας (OTAs) | el |
| dc.subject.alternative | CMOS αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα | el |
| dc.title | Design of fractional-order controller for motion control systems | el |
| dc.title.alternative | Σχεδίαση ελεγκτή κλασματικής τάξης για συστήματα ελέγχου κίνησης | el |
| oaire.licenseCondition | null | el |