In this study, a comparative analysis of three different control methods for precise, real-time control of a complex dynamic double-tank liquid level process system was performed. Since the system in question has a time-delayed structure, feedforward proportional integral (FF-PI) control and cascaded nonlinear feedforward proportional integral delayed (CNPIR) controllers were tested on the process system. While the FF-PI controller improved the response time of the system, it showed limitations in handling external disturbances and nonlinearities. On the other hand, the CNPIR controller showed better improvements in control accuracy and lower overshoot compared to the FF-PI controller. Since the process system has a nonlinear model and is affected by external disturbances, these two controllers were inadequate in this study when compared to the fractional order adaptive proportional integral derivative sliding mode controller (FO-APIDSMC). The FO-APIDSMC controller provided fairly good performance in both tracking accuracy and disturbance rejection control for non-chattering, fast finite-time convergence, increased robustness, and uncertain dynamic processes. Experimental results reveal that the FO-APIDSMC controller achieves superior minimized tracking error and outperforms the FF-PI and CNPIR controllers by effectively handling uncertainties and external disturbances.

The systems that use parallel kinematic structures in additive manufacturing technology are particularly notable for their ability to provide exceptional precision and efficiency in the fabrication of intricate geometrically shaped items. This study introduces a novel system paradigm with five degrees of freedom, specifically developed to tackle existing additive manufacturing issues. In the proposed design, by incorporating rotational motions along the x and z axes, contributions were added to the efficiency of typical three-degrees-of-freedom (3-DOF) systems, resulting in a total of five degrees of freedom. In this way, it is aimed at increasing product durability, improving surface integrity, and saving production time. In this study, the conceptual design of the system was defined. Mathematical analyses were then used to determine the kinematic and dynamic models of the system, and a proposed model-based control technique was revealed. To evaluate the axis movement performance of the system, two different control techniques were used, and real-time test studies were conducted. The first control technique was the proportional–integral–derivative (PID) controller, and the second method was the sliding mode control (SMC) method, which was used to increase the performance of the system during trajectory tracking. The experimental results showed that the SMC method provides a reasonably good trajectory tracking response and a steady-state error compared to the classical PID controller.

Bu makalede endüstri tesislerinde kullanılan akışkan seviye tank sisteminin tipik uygulaması olan İkili-Tank sistemine kayan kipli kontrol (SMC) uygulanarak kontrolü incelenmiştir. Doğrusal olmayan İkili-Tank sisteminin matematiksel modeli her iki tank sistemi için çıkarılmıştır. İkili-Tank sisteminin dinamik Denklemleri, kayan kipli kontrol ile birleştirilerek sistem tasarlanmıştır. SMC'nin önemli yönü, sistem durumlarının kayma yüzeyinde kalmasını sağlayan bir anahtarlama işlevi kullanarak dış bozuculara veya belirsizliklere maruz kalan doğrusal olmayan bir dinamik sistemi kontrol etmektir. Yazar tarafından kayan kipli kontrol (SMC), parametre değişimlerine ve bozulmalara karşı sağlamlığı nedeniyle tercih edilmiştir. Bu makalede istenmeyen çatırdama etkisinden kaçınmak için ikinci dereceden SMC tekniği kullanılmıştır. Kayan kipli kontrol için kontrol işareti, anahtarlama kontrol işareti ile eşdeğer kontrol işaretinin toplamı olacak şekilde hesaplanmıştır. Doğrusal olmayan İkili-Tank sisteminin transfer fonksiyonu, Taylor serisi doğrusallaştırma yöntemiyle hesaplanmıştır. Bu makalede Tank 2 transfer fonksiyonu, sistemin giriş geriliminin akışkan seviyesine oranıyla belirlenmiştir. Transfer fonksiyonu için İkili-Tank sistemine uygulanan kayan kipli kontrol ile başka bir kontrol şekli olan ileri beslemeli PI denetleyicisi (FF-PI) karşılaştırılmıştır. Kayan kipli kontrol (SMC) uygulanarak tasarlanan İkili-Tank sisteminin MATLAB-Simulink simülasyon ortamında ölçülen akışkan seviyenin, referans akışkan seviyesine takibi ve ölçülen akışkan seviyesi ile istenilen akışkan seviyesi arasındaki hata tespiti incelenmiştir. Kayan kipli kontrol (SMC) ile tasarlanan sistem oldukça başarılı bir şekilde istenilen akışkan seviyesini takip edebildiği gözlemlenmiştir.

Bu çalışmada, özellikle katmanlı üretim sorunlarının üstesinden gelmek için geliştirilmiş, beş serbestlik derecesine sahip yeni bir sistem önerilmiştir. Önerilen sistemde, benzer sistemlerden farklı olarak, X ve Z eksenleri boyunca, sisteme dönme hareketleri dahil edilerek, geleneksel üç serbestlik dereceli yapı, beş serbestlik derecesine çıkarılmıştır. Belirtilen serbestlik derecelerinin sisteme eklenmesiyle, geleneksel sistemlerin aksine, parça yüzey bütünlüğünün iyileştirilmesi, üretim süresinden tasarruf ve üretimde kullanılan destek parça kullanımının azaltılması sağlanacaktır. Çalışmada, öncelikle, sistemin kavramsal tasarımı tanımlanmıştır. Daha sonra sistemin kinematik ve dinamik modellerini belirlemek için matematiksel analizler kullanılmıştır. Sistemin eksen hareket performansını değerlendirmek için oransal-integral-türev (PID) kontrol tekniği kullanılmış ve gerçek zamanlı test çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmanın literatüre temel katkısı, üretim teknolojilerine yeni bir bakış açısı sunmak, sanayideki dönüşümü yönlendirmek, gelecekteki üretim süreçlerini şekillendirmek ve endüstriyel yeniliği tetiklemektir. Önerilen sistem ile geleneksel eklemeli imalat yöntemlerine göre daha esnek, sürdürülebilir, uygun maliyetli, daha hassas ve yüksek iş hızlarına ulaşabilen bir üretim modeli olarak literatüre sunulmaktadır.

Bu çalışmada kaskad kontrolün performansını artırmak için standart formlara dayalı yeni bir kaskad kontrol yapısı ve kontrolör tasarımı önerilmektedir. Kaskad kontrolör yapısına ayrıca zaman gecikmesi eklenerek kaskad oransal integral gecikmeli kontrolör şeklinde adlandırılabilecek yeni bir kontrol tasarımı yapılmıştır. İlk olarak gecikme tabanlı sistemlerin genel özellikleri hakkında bilgi verilmiş ve üzerinde deneysel çalışmaların yapıldığı zaman gecikmeli sıvı seviye sisteminin dinamik davranışı detaylı bir şekilde sunulmuştur. Daha sonra kaskad oransal integral gecikmeli kontrolörün matematiksel modeli ve analizi gerçekleştirilmiştir. Kaskad oransal integral gecikmeli kontrolörün gerçek zamanlı sıvı seviye tankı üzerine yapılan deneylerle de kontrolcü tasarımın doğruluğu pekiştirilmiştir. Böylelikle önerilen kontrol tasarımı yönteminin kullanımını ve bazı mevcut tasarım yöntemlerine göre üstünlüğü ortaya çıkarılmıştır. Ayrıca bu çalışma ile kaskad oransal integral gecikmeli kontrolcü tasarımı performansı diğer klasik yöntemlere göre avantajlı olduğu ortaya çıkarılmıştır.

This study introduces a cascade nonlinear proportional integral retarded (CNPIR) controller for the first time in the literature, aiming to achieve real-time precise control of a double-tank liquid level system. It begins by outlining the characteristics of de-lay-based systems and detailing the dynamic behavior of the liquid-level system. The study evaluates the system's performance by developing and analyzing the mathe-matical models of both the feedforward proportional-integral (FF-PI) controller and the CNPIR controller. Two different control techniques were employed, with real-time tests conducted to assess the system's axis movement performance. The FF-PI controller was used as the initial control technique, while the CNPIR controller was introduced to enhance system performance during trajectory tracking. Experimental results demon-strated that the CNPIR method significantly improved trajectory tracking response, reduced overshoot, and achieved better steady-state error under external disturbances compared to the FF-PI controller. Thus, the experimental study, highlights the effec-tiveness of the proposed control design and its superiority over some existing classical methods.