Otomatik Kontrol Baslangic

EEM3105 – OTOMATİK KONTROL

2015‐2016 GÜZ

(Hafta 1)

ÖĞR.GÖR.DR. EKREM DÜVEN

Derse İlişkin Bilgiler• Dersin Kodu ve Adı: EEM3105 ‐Otomatik Kontrol

• Dersin Kredisi ve Türü: 3 (3+0+0) <5 AKTS> ‐Zorunlu

• Dersin Verildiği Dönem: 3. Sınıf (5.Yarıyıl)

• Dersi Veren Öğr. Elemanı: Öğr.Gör.Dr. Ekrem DÜVEN(Bursa Teknik Üniv. Mekatronik Müh. Böl.)(İletişim: [email protected])(İletişim: (0224) 300 3530 )

• Değerlendirme: Arasınav (2 adet) <Ağırlık %25 + %25>Final Sınavı (1 adet) <Ağırlık %50>

Derste Takip Edilen Kaynaklar (Kitaplar)• Automatic Control Systems, Benjamin C. Kuo, FaridGolnaraghi –WILEY (9th Edition)

• Otomatik Kontrol Sistemleri, Benjamin C. Kuo, FaridGolnaraghi ‐Çeviri: Prof.Dr. Atilla Bir ‐ LİTERATÜR

• Modern Control Engineering, KatsuhikoOgata, PEARSON (5th Edition)

• Modern Control Systems, Richard C. Dorf, Robert H. Bishop, PEARSON (12th Edition)

• Control System Enginnering, Norman S. Nise, WILEY (6th Edition)

TEMEL KAVRAMLAR

SİSTEMgirdiler çıktılar

SİSTEM: .

Bir bütün oluşturacak şekilde birbirine bağlı, bir amacı ya da belli bir işlevi yerine getirmek için (donanımsal ve yazılımsal olarak) bir araya getirilmiş elemanlar topluluğudur.

kontrol işareti kontrol edilen işaret

kontrol edilen


KONTROL (DENETİM): .

Bir değişken niceliğin (ölçülebilen büyüklük) ya da değişken nicelikler kümesinin önceden belirlenmiş bir koşula uyumunu sağlamaya yönelik olarak gerçekleştirilen işlemler bütünüdür.


kontrol edilen


KONTROL SİSTEMİ (DENETİM SİSTEMİ): .

Bir sistemi düzenlemek, kumanda etmek ya dayönetmek üzere uygun bir biçimde bağlanmış fizikselelemanlar kümesidir. Bu sistemler, denetlenen niceliklerin değerlerini ya sabit tutar ya da bu değerlerin önceden belirlenmiş biçimde değişmesini sağlar.


kontrol edilen


GİRİŞ: .

Kontrol edilen sistemi kontrol etme amacıyla uygulanan işarettir. Diğer bir deyişle; kontrol edilen sistemden belli bir cevap almak üzere harici bir kaynaktan alınan uyartı işaretidir.


kontrol edilen


ÇIKIŞ: .

Belirli bir giriş ya da girişlere karşılık kontrol edilen sistemden alınan gerçek cevaplardır.


kontrol edilen


BOZUCU GİRİŞ: .

Sistemin kontrol edilen çıkışı üzerinde istenmeyen yönde etki eden giriş işaretidir. Sistemin herhangi bir anında etki edebildiği gibi çıkışın ölçüldüğü noktada da etki edebilir.


kontrol edilenbozucu giriş


DENETLEYİCİ: .

Kontrol edilen sisteme uygulanacak uygun bir denetim işareti üreten elemandır.

referans işareti

kontrol edilen işaret

kontrol edenbozucu giriş

DENETLEYİCİ

kontrol edilen

denetim işareti

DENETLEYİCİ birkaç farklı şekilde çalışabilir:

• Kontrol edilen sistemin çıkışlarını sabit bir değerde tutmak (sabit giriş işareti için)

• Kontrol edilen sistemin çıkışlarının belirli bir değişim formunu takip etmesini sağlamak (değişken giriş işareti için)

• Kontrol edilen sistemde gözlenen olayların belirli bir sıra dahilinde gerçekleşmesini sağlamak

• Kontrol edilemeyen değişkenlerin bozucu etkisi düzeltmek


EYLEYİCİ (ACTUATOR): .

Denetleyiciden elde edilen denetim işaretinden kontrol edilen sisteme uygulanacak olan uyartının elde edildiği elemandır.

referans işareti



DENETLEYİCİ

kontrol edilen

denetim işareti

EYLEYİCİ

sürücü işareti


AÇIK ÇEVRİM KONTROL SİSTEMLERİ: .

Çıkış işareti giriş işaretinin bir fonksiyonu olmakla birlikte, denetim işaretinin çıkıştan yani kontrol edilen büyüklükten bağımsız olduğu kontrol sistemidir.

referans işareti



DENETLEYİCİ

kontrol edilen

denetim işareti

EYLEYİCİ

sürücü işareti

r(t) m(t) u(t) y(t)

d(t)

AÇIK ÇEVRİM KONTROL SİSTEMLERİ:

Kapalı bir Ortam için Isıtma Sistemi

ODADAKİ HAVA

girdi çıktı


istenen oda

sıcaklığı

güncel oda sıcaklığı

denetleyici

bozucu giriş

DENETLEYİCİ

sistem

denetim işareti

KAZAN + MOTOR +

VALF + ISITICI

sürücü işareti

r(t) m(t) u(t) y(t)

eyleyici

d(t)

odadan çıkan/giren hava


Kızartma Ayarı

Ekmek Kızartma Makinesi(Termostatsız)

KIZARTMA HAZNE HAVASI

girdi çıktı


istenen kızartma

süresi

güncel ekmek sıcaklığı

denetleyici

bozucu giriş

ZAMANLAYICI

sistem

denetim işareti

ISITICI

sürücü işareti

r(t) m(t) u(t) y(t)

eyleyici

d(t)

ekmek ilk sıcaklığı / nemi


Uzaktan Kumandalı Araba

Hız Ayarı

ARABA

girdi çıktı


istenen hız

güncel hız

denetleyici

bozucu giriş

DENETLEYİCİ

sistem

denetim işareti

MOTOR + DİŞLİLER

sürücü işareti

r(t) m(t) u(t) y(t)

eyleyici

d(t)yol pürüzlülüğü / eğimi


Dönen Disk Hız Kontrolü

DÖNEN DİSK

girdi çıktı


istenen hız

güncel hız

denetleyici

bozucu giriş

DC Kuvvetlendirici

sistem

denetim işareti

DC Motor

sürücü işareti

r(t) m(t) u(t) y(t)

eyleyici

d(t)

sürtünme


KAPALI ÇEVRİM (GERİBESLEMELİ) KONTROL SİSTEMLERİ: .

Denetim işaretinin; giriş işareti ile ölçülen çıkış işareti (geribesleme üzerinden gelen) karşılaştırılarak elde edildiği kontrol sistemleridir.

referans işareti



DENETLEYİCİ

kontrol edilen

denetim işareti

EYLEYİCİ

sürücü işaretir(t)

m(t) u(t) y(t)

d(t)

ALGILAYICI

geribeslemegeribesleme işareti

b(t)

+

_

e(t)

hata işareti

KAPALI ÇEVRİM (GERİBESLEMELİ) KONTROL SİSTEMLERİ:

Geribeslemeli kontrol sistemleri geribeslemenin işaretine göre negatif veya pozitif geribeslemeli sistemler olarak adlandırılırlar.

• Negatif Geribeslemeli Sistemlerde: geribesleme ile taşınan çıkış işareti giriş işaretine ters yönde etki etmektedir. Böylece ikisi arasındaki fark denetim işareti üretmek amacıyla kullanılır.

• Pozitif Geribeslemeli Sistemlerde ise: çıkış işareti giriş işaretine aynı yönde etki etmektedir.

Endüstriyel kontrol sistemlerinde uygulanan geribesleme türü negatif geribeslemedir.

BİR DENETİM SİSTEMİ ELEMANLARINI / DEĞİŞKENLERİNİ BELİRLEMEK İÇİN AŞAĞIDAKİ SORULARIN CEVAPLARINI BULMAK GEREKİR:

1. Denetlenen SİSTEM veya SÜREÇ nedir?

2. Denetlenen DEĞİŞKEN veya ÖLÇÜLEN DEĞER (ÇIKIŞ) nedir?

3. GİRİŞ (İstenen Değer) nedir?

4. DENETLEYİCİ veya Denetim Elemanı nedir?

5. EYLEYİCİ (Actuator) nedir?

6. GERİBESLEME ELEMANI nedir?


• Bir manuel kontrol sistemi; bir tankın içerisindeki sıvının seviyesini çıkışına bağlı olan valf ile düzenlemeye çalışmaktadır.

• Operatör tank içindeki sıvının seviyesini tank üzerinde yer alan bir pencere üzerinden gözlemektedir.


1. Denetlenen SİSTEM nedir?Tank ve içerisindeki sıvı

2. Denetlenen DEĞİŞKEN nedir?Tanktaki su seviyesi

3. GİRİŞ (İstenen Değer) nedir?Gözlem penceresinin orta noktası

4. DENETLEYİCİ nedir? Operatör Beyni

5. EYLEYİCİ (Actuator) nedir? Operatör kol kuvveti + valf

6. GERİBESLEME ELEMANI nedir? Operatörün gözleri

Tank ve içindeki

su

giriş çıkış

istenen sıvı

seviyesi

güncel sıvı seviyesi

denetleyicibozucu giriş

Operatör Beyni

denetim işareti

Operatör Kas Gücü ve Valf


m(t) u(t) y(t)

d(t)=0

Operatörün Gözleri

algılayıcıgeribesleme işareti

b(t)

+

_

e(t)

hata işareti eyleyici sistem


• Depoya kaynaktan sürekli su girişi sağlanmakta diğer taraftan da şebekeden değişken miktarlarda su çekilmektedir.

• Deponun taşmaması için bir şamandıra su seviyesini ayarlamaya çalışmaktadır.


1. Denetlenen SİSTEM nedir?Depo ve içerisindeki sıvı

2. Denetlenen DEĞİŞKEN nedir?Depodaki su seviyesi

3. GİRİŞ (İstenen Değer) nedir?Suyun taşmayacağı son seviye

4. DENETLEYİCİ nedir? Şamandıra

5. EYLEYİCİ (Actuator) nedir? Şamandıra + valf

6. GERİBESLEME ELEMANI nedir? Şamandıra

Depo ve içindeki

su

giriş çıkış

istenen sıvı

seviyesi

güncel sıvı seviyesi


Şamandıra

denetim işareti

Şamandıra ve Valf


m(t) u(t) y(t)

d(t)=0

Şamandıra


b(t)

+

_

e(t)



• Bir arabanın yol üzerinde ilerlemesi gereken çizgi aşağıdaki grafikte siyah renk ile gösterilmektedir.

• Bununla beraber aracın gerçek seyri mavi renk ile gösterilen şekilde gerçekleşmiştir.


1. Denetlenen SİSTEM nedir?Araba

2. Denetlenen DEĞİŞKEN nedir?Arabanın sürüş istikameti

3. GİRİŞ (İstenen Değer) nedir?Aracın gitmesi istenilen rota

4. DENETLEYİCİ nedir? Sürücü

5. EYLEYİCİ (Actuator) nedir? Direksiyon ve aktarma organları

6. GERİBESLEME ELEMANI nedir? Sürücünün gözleri ve algısı

ARABA

giriş çıkış

istenen rota

güncel rota


Sürücü

denetim işareti

Direksiyon ve aktarma organları


m(t) u(t) y(t)

d(t)=0

Sürücünün gözleri ve algısı


b(t)

+

_

e(t)



• Bir metal diskin dönüş hızı yukarıdaki düzenek ile ayarlanmaya çalışılmaktadır.

• Diskin dönüş hızı bilgisi düzeneğe bir gerilim bölücü yardımıyla aktarılmaktadır.


1. Denetlenen SİSTEM nedir?Dönen Disk

2. Denetlenen DEĞİŞKEN nedir?Diskin dönüş hızı

3. GİRİŞ (İstenen Değer) nedir?Diskin dönmesi istenilen hız

4. DENETLEYİCİ nedir? DC Kuvvetlendirici

5. EYLEYİCİ (Actuator) nedir? DC Motor

6. GERİBESLEME ELEMANI nedir? Takometre

DÖNEN DİSK

giriş çıkış

istenen hız

güncel hız


DC Kuvvetlendirici

denetim işareti

DC Motor


m(t) u(t) y(t)

d(t)=0

Takometre


b(t)

+

_

e(t)


ölçülen hız

• Endüstriyel proseslerde kullanılan ilk geribeslemeli otomatik denetleyici

• James Watt tarafından 1769 yılında icat edilmiştir.

• Buharlı makinelerin çalışma hızını ayarlamak için kullanılmıştır.


• İnsansız bir hava aracı (DARPA)

• Gerektiği durumlarda kendi kendine seyrüsefer yapabilmekte ve yardım almaksızın üssüne geri dönebilmekte.

• Buhar makinesine göre çok kompleks olmakla birlikte bu da otomatik kontrol altında çalışmaktadır.


1. Kalıcı hal hatasının sıfır veya mümkün olduğunca az olması

2. Denetim sisteminin kendine uygulanan uyarılara en hızlı şekilde cevap vermesi

3. Kararlı çalışması

BİR DENETİM SİSTEMİNİN SAĞLAMASI İSTENEN ASGARİ KOŞULLAR:

1. Kalıcı hal hatasının sıfır veya mümkün olduğunca az olmasıSistem cevabı geçici rejimden çıkıp kalıcı rejime (kalıcı hal) girdiği andan sonra sistem giriş ve çıkış arasındaki fark kalıcı hal hatası olarak tanımlanır.

Bu değerin sıfır veya çok küçük olması istenir ki denetim amacı yerine getirilmiş olsun.


2. Denetim sisteminin kendine uygulanan uyarılara en hızlı şekilde cevap vermesiSisteme bir uyartı geldiğinde bunun sonucunda oluşan cevabın mümkün olduğunca kısa sürede giriş işaretini yakalaması beklenir.

Sistem cevabının çok uzun sürede gelmesi arada giriş işaretinde oluşacak değişimlere karşı duyarlılığı azaltacaktır.


3. Kararlı Çalışma

Denetim sisteminin kararlılığı denilince sistemin sınırlı bir giriş değerine karşılık sınırlı bir çıkış değeri vermesi anlaşılır.

Diğer bir deyişle kararlı bir sistemin cevabı kabul edilebilir süre içerisinde tüm sınırlı giriş işaretlerini yakalayabilmelidir.


• Kalıcı hal hatasını azaltmak ve sistemin cevap hızını artırmak için denetleyici üzerinde yapılan tüm düzenlemeler sistemin kararlılığını kötüleştirebilir.

• Hatta sistemi kararsızlığa da (sistem cevabının anlamsız ve girişten alakasız değerler alması durumu) sürükleyebilir.


• Bu nedenle denetim sistemi en az hata payıyla çalışacak ve bu değere sistem kararlılığı bozulmadan en hızlı biçimde ulaşacak şekilde optimum bir noktada tasarlanmalıdır.

• Yani kararlılık bozulmamak kaydıyla sistem hızını arttırmak adına bir miktar kalıcı hal hatasına göz yumulabilir. Ya da tam tersi…


Documents

Otomatik Kontrol Baslangic