ELKE 405 Otomatik Kontrol Sistemleri

Transkript

1 ELK 304 Kontrol Sistemlerine Giriş Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ELKE 405 Otomatik Kontrol Sistemleri Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ Son Teslim Tarihi: Derslerin son günü (7 Ocak 2011) İsmail H. ALTAŞ i

2 ÖNSÖZ ELKE 405 Otomatik Kontrol Sistemleri dersini alan öğrencilerin kontrol sistemleri ile ilgili konuları derinlemesine anlamalarını teorik bilgilerini pratiğe dönüştürmelerini, tasarım yeteneklerini artırmak ve onları grup çalışmasına alıştırmak amacıyla böyle bir dönem ödevi verilmiştir. Bu dönem ödevini gerçekten emek harcayarak yapanlar aslında küçükte olsa bir mühendislik çalışması yapmış olacaklardır. Çalışmanın sonunda hazırlanıp verilecek olan ortak çalışma raporu, yapılan bir çalışmadan sonra yetkili kişiye nasıl bir rapor sunulacağı konusunda da bir deneyim olacaktır. Bu nedenle raporların dikkatlice ve istenilen formata uygun olarak hazırlanması önem arz etmektedir. İyi hazırlanmış ödevler/raporlar dersin web sayfasında yayınlanacaktır. Ayrıca hazırlanış ve içerik bakımından uygun olan ödevlerin Otomasyon ve Electrotech gibi dergilerde yayınlanmasına çalışılacaktır. Gerekli gayret ve çalışma arzusunu gösterecek öğrencilerim başta olmak üzere, onlara araştırmaları sırasında yardımı dokunan/dokunacak olan herkese şimdiden teşekkür ederim. İsmail H. ALTAŞ ii

3 ÖZET Bu açıklamalar, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü nde 7. yarıyılda okutulmakta olan ELKE 405 Otomatik Kontrol Sistemleri dersini alan öğrenciler için hazırlanmıştır. Öğrencilerin kontrol sistemleri ile ilgili konuları derinlemesine anlamalarını teorik bilgilerini pratiğe dönüştürmelerini, tasarım yeteneklerini artırmak ve onları grup çalışmasına alıştırmak amacıyla böyle bir dönem ödevi verilmiştir. Bu dönem ödevi ile öğrencilerin grup çalışmasına alışmaları, proje tasarımı yapabilecek yeteneklerini geliştirip ön plana çıkarmaları, derste işlenen konuları bilgisayar ortamında modelleyip inceleme ve tasarıma dönüştürmelerini sağlamayı amaçlamaktadır. Ayrıca öğrencilerin hayal güçlerini kullanarak üzerinde çalıştıkları projeyi daha ekonomik, verimli ve kullanışlı duruma getirmek için neler yapılması gerektiği gibi sonuçlara varmalarını, kendilerine mühendislik açısından farklı ve alternatif çözüm üretebilme becerisi kazandırmayı ve bu konudaki cesaretlerini artırmayı amaçlamaktadır. Özellikle öğrencilerin yaratıcı ve üretken mühendisler olarak proje geliştirme, grup üyelerinin farklı fikirlerini ortak bir paydada birleştirerek üretime dönüştürebilme, hepsinden önemlisi düşündüklerini gerçekleştirebilme becerilerini ortaya çıkarmak ve onları buna alıştırmak bu dönem ödevinin başlıca hedefleri arasındadır. Dönem ödevi Üç kısımdan oluşmaktadır. Bunlardan İkisinde her öğrenci kendisine verilen bir fiziki sistem üzerinden derste işlenen konuların bilgisayar ortamında Matlab/Simulink ile incelenmesi ve denetlenmesi olarak uygulanacaktır. Üçüncü kısım ise öğrencilerin biraz daha serbest hareket edebilecekleri ve tümüyle kendi tasarım düşünce becerilerini grup çalışmasıyla da birleştirerek sonuca varmaları şeklinde uygulanacaktır. Bu üç aşamanın uygulanış biçimi sonraki kısımlarda açıklanmaktadır. İsmail H. ALTAŞ iii

4 İÇİNDEKİLER Önsöz Özet İçindekiler ii iii iv 1. Proje İçeriği 1 2. Proje Çalışma Raporunun Hazırlanması 2 3. Proje Çalışma Raporunun Teslim Edilmesi 5 4. Sonuçlar 7 5. Değerlendirmeler 7 Kaynaklar 7 Ekler 8 Ek 1. Açıklamalar 8 İsmail H. ALTAŞ iv

5 ELK 304 Kontrol Sistemlerine Giriş 1. Proje İçeriği Dönem projesi Üç kısımda uygulanacaktır. Kısım 1. Her öğrenciye fiziki bir sistem verilecektir. Verilen sistemin temsili aşağıdaki üç biçimden biri olabilir: Transfer Fonksiyonu Modeli; Durum Uzayı Modeli: Blok Diyagramı Modeli: Her öğrenci, kendisine verilen sistemi örnek veri olarak alıp, derste işlenen konulara ve örneklere paralel olarak bu sistemin modellemesini ve simülasyonunu Matlab/Simulink ortamında gerçekleştirecek ve sonucu bir rapor halinde sunacaktır. Bu kısımda yapılacak işlemler aşağıda sıralanmıştır: Simülasyon diyagramını elde ediniz Transfer fonksiyonunu elde ediniz Durum denklemlerini elde ediniz Diferansiyel denklemlerini elde ediniz Birim basamak tepkesini Birim darbe tepkesini Birim rampa tepkesini elde ediniz Routh-Hurwitz kararlılık testini yapınız Kök yer eğrilerini çizdiriniz Nyquist diyagramını çizdiriniz Bode genlik ve faz çizimlerini yapınız. Burada sıralanmayan fakat derste işlenen diğer konuları da ödev kapsamına alınız İsmail H. ALTAŞ 1

6 Kısım 2. Kısım 1 de çalışılan sistem için sırasıyla P, PI, PD, PID, lead/lag, durum geri beslemeli ve derste tanıtılan diğer bütün denetleyici türlerini Ekleyiniz ve yukarıdakileri oluşan bu her yeni sistem için tekrarlayınız. Verilen sistem çıkışı istenilen giriş değerini kısa sürede aşmasız veya minimum aşma ile yakalayacak şekilde denetleyici parametrelerini belirleyip, ayarlayınız. Öyle ki referans işaretin genliğini değiştirildikçe sistem çıkışı bu yeni genliği minimum hata ve minimum aşma ile yakalayıp takip etsin. Kısım 3. Bu kısımda öğrenciler 4 er kişilik gruplara ayrılacak ve ortak çalışma yapmaları istenecektir. Bu ortak çalışma tasarım ve gerçekleştirmeye dayalı, yani teori ile pratiği birleştirmeye dayalı bir uygulama olacaktır Öğretim Yılı için gerçekleştirilecek proje konusu: ROBOT KOLU TASARIMI VE KONTROLÜ Olarak belirlenmiştir. Burada öğrenciler gruplar halinde çalışacak ve 2-eklemli, 3-eklemli veya 4-eklemli robot kolu tasarımı yapacaklardır. Robot kollarının görünüm ve işlevleri tümüyle öğrencilerin kendi bakış açılarına bırakılmıştır. Ancak estetik bir görünüm tasarlanmalı ve amaçlanan işlevin yapabildiği sonunda gösterilebilmelidir. Yıl sonunda yapılacak değerlendirmede ilk 3 dereceye giren çalışmalara ödül verilecektir. Ders bazında bir yarışma olduğu için verilecek ödül maddi açıdan küçük bir miktar olmakla beraber, daha çok bu proje çalışmasının hatırasını yaşatacak türden bir ödül olacaktır. Başarılı bulunan bütün çalışmalar Bitirme Projeleri Sergisi sırasında ayrı bir kategoride ayrıca sergilenecektir. Bu kısımdaki proje çalışmasını yaparken aşağıdaki işlem sırasını takip ediniz. 1. Çalışacağınız robot kolunun nasıl bir şey olması gerektiğini grup üyeleri ile ortaklaşa tartışıp kararlaştırınız. 2. Anlaşmaya vardığınız robot kolunun teknik çizimini yapınız. Boyutlarını, eklem yerlerini, hareket serbestliğini dönüş açılarını vb. belirleyip, tasarımını yapıp raporunu tutunuz. Yapacağınız her şeyi mutlaka önce kağıt üzerinde çalışıp projelendiriniz. 3. Grup içinde iş bölümü yapıp, hangi kısımları kimin gerçekleştireceğini veya çalışacağını kararlaştırınız. Haftada en az bir kere bir araya gelerek çalışmalarınızı gözden geçirip değerlendiriniz. Çalışmalara katılmayan grup üyeleri varsa ders sorumlusuna bildiriniz, grubunuza yeni eleman isteyiniz. 4. Tasarımınızı önce bilgisayarda simülasyon yaparak deneyiniz. Sonra da gerçekleştiriniz. 5. Son olarak raporunuzu yazıp teslim ediniz. İsmail H. ALTAŞ 2

7 2. Proje Çalışma Raporunun Hazırlanması nde her öğrenci 2 rapor verecektir. Rapor 1: Kişisel Rapor. Kısım 1 ve Kısım 2 bu raporda yer alacak ve raporda sadece ilgili öğrencinin ismi olacaktır. Bu rapor grup raporu değildir. Rapor 2: Grup Raporu. Kısım 3 bu raporda yer alacak ve raporda çalışmaya katılan bütün grup üyelerinin isimleri yazılı olacaktır. Bu rapor grup raporudur. Proje raporlarının yazım formatı aşağıdaki gibi olmalıdır. Bölüm web sayfasında yer alan Bitirme Projesi yazım kuralları bu projenin hazırlanmasında da kullanılabilir. Dış kapak Üniversitenin adı, fakültenin adı, bölümün adı, projenin adı (Kişisel raporlarda Kısım I ve Kısım II de çalışılan konu başlıkları, Grup raporlarında ise Kısım III deki Çalışmayı tanımlayan konu başlığı yazılmalıdır.), projenin yapıldığı dersin adı, proje grubundaki öğrencilerin adları, projeyi yaptıran öğretim üyesinin adı. İç Kapak Dış kapağın aynı. Önsöz Proje size kazandırdıklarını kısaca özetleyip, proje ile ilgili çalışmalar sırasında yardım aldığınız kişi ve kurumlara teşekkür ediniz. Özet Projenin kısa bir özetini ( yarım sayfa- bir sayfa) yapınız. İçindekiler Proje raporundaki konu başlıklarını yer aldıkları sayfaların numaraları ile sıralayınız. Bölüm 1 Giriş Çalıştığınız konuyu genel anlamda tanıtınız. Bölüm 2 Yapılan Çalışmalar Çalışmanızın teorik detaylarını, çalışma ilkelerini, formülasyon ve çizimlerini bu ayrıtta açıklayınız. Bölüm 3 Modellemeler Bilgisayar ortamında simülasyon çalışması yapmak üzere hazırladığınız modelleri bu ayrıtta açıklayıp, tartışınız. Varsa kendinize özgü geliştirdiğiniz modellemeleri yarıca açıklayıp tartışınız. Simülasyon diyagramlarını bu ayrıtta verip açıklayınız. Bölüm 4 Sonuçlar Yaptığınız proje ile ilgili sümülasyon sonuçlarını, grafikleri bu ayrıtta verip açıklayınız. Sonuçlarla ilgili yorumlarınızı yazınız. Bölüm 5 Değerlendirmeler Yaptığınız çalışmanın size neler kazandırdığı, bu kazanımın sonuçlarının neler olduğu konularını bu bölümde tartışıp yazınız. İsmail H. ALTAŞ 3

8 Kaynaklar Varsa kullandığınız kaynakları sıralayınız. Metin içinde alıntı yaptığınız kısımları köşeli parantez içinde ilk defa kullanıldıkları sıraya göre rakamla [1], [2] şeklinde belirtiniz. Daha sonra raporun sonunda Kaynaklar kısmında kullanılma numaralarına göre sıralayıp, kaynak bilgilerini sıralayınız. İsmail H. ALTAŞ 4

9 3. Proje Çalışma Raporunun Teslim Edilmesi Proje Teslimi Projeler belirtilen formatta hazırlanarak en geç derslerin son günü (7 Ocak 2011) teslim edilmelidir. Daha geç gelen raporlar kabul edilmeyecektir. Proje raporu hem basılı hem de elektronik olarak teslim edilecektir. Proje notu verilebilmesi için raporların mutlaka basılı (yazıcıdan çıktısı alınarak) teslim edilmesi gerekir. Projelerin yapılması, yazılması ve teslim edilme biçimleri bir bütündür. Bu bütünün bozulacağı her aşamanın puan kaybı olacağını unutmayınız. Elektronik ortamda teslim edilecek olan raporlar, çalışmalarınızla ilgili bütün Word ve Yazılım dosyaslarını (Matlab, Simulink, vb.)içerecek şekilde bir RAR veya ZIP dosyasında toplanmalı ve ve e-posta adreslerine gönderilmelidir. İçerisinde dosyalarınızı topladığınız RAR veya ZIP dosyasına isim verirken dosyanın size veya grubunuza ait olduğunu rahatça belirtecek bir isim vermeye çalışınız. Aksi halde başka raporlarla karışması kaçınılmaz olur ve raporunuz bulunamaz. İsim verme konusunda aşağıdaki açıklamaları dikkatle okuyunuz. e-posta gönderirken aşağıdaki formata mutlaka uyunuz. Bu formata uymayanların gönderdiği e-postalar dikkate alınmayacağı gibi, basılı verilen raporlardan da bu nedenle puan kırılacaktır. Basılı Raporların Teslimi: Hem kişisel hem de grup raporları basılı verilecektir. Kişisel raporda tek isim, grup raporunda bütün grup üyelerinin isimleri yer alacaktır. Bölüm Başkanlığı girişine üzerinde Otomatik Kontrol Sistemleri yazılı bir kutu konulacak ve raporunu hazırlayan kişiler ve gruplar çıktılarını alarak bu kutuya bırakacaklardır. Proje kapağının yukarıda açıklanan içeriğe sahip olması gerektiği unutulmamalıdır. Grup üyelerinin numara ve isimleri yazılırken sadece çalışmaya katkısı olanlar yazılmalı, çalışmayla hiç ilgilenmeyen grup üyeleri kesinlikle yazılmamalıdır. Proje notu verilebilmesi için raporların mutlaka basılı (yazıcıdan çıktısı alınarak) teslim edilmesi gerekir. Hem kişisel hem de grup raporları e-posta ile de mutlaka gönderilmelidir. Elektronik ortamda dosyası bulunmayanlardan (E-posta ile gönderilmeyenlerden) puan kırılacaktır. Kişisel raporda tek isim, grup raporunda bütün grup üyelerinin isimleri yer alacaktır. Raporlarınızı ile gönderirken aşağıdaki formata mutlaka uyunuz. 1. E-Posta adresinizi resmi bir işte kullanacağınızı ve e-posta adresinde kullanacağınız isim ve takma isimlerin (nickname) sizin kimliğinizi ve karakterinizi yansıtacağını unutmayınız. Bu nedenle adreslerinizde mutlaka soyadınızı kullanınız. İsim ve soyisim de olabilir. Ancak soy isim mutlaka olmalıdır. Bu kurala mezuniyet sonrasında iş başvurusu vb. resmi işlemlerde de mutlaka uyunuz. 2. Konu (Subject) Kısmına mutlaka konuyu yazın, boş göndermeyin. Bu dersin raporunu gönderirken konu kısmına ELKE 405 OKS Dönem Ödevi Teslimi yazabilirsiniz. 3. Ekli dosyaların isimleri mutlaka sizin numara ve isminizi içersin. Örneğin; Grup raporları için: Grup 15 OKS Dönem Ödevi.rar Kişisel raporlar için: Hasan ÇALIŞKAN-OKS Dönem Ödevi.rar İsmail H. ALTAŞ 5

10 4. İçerik kısmına mutlaka e-postayı neden gönderdiğinizi yazın. İçerik kısmı resmi bir yazışma formatında olmak zorundadır. Örnek bir E-Posta arayüzü aşağıdaki şekilde görülmektedir. Örneğin; Kontrol Sistemleri Dersi kapsamında hazırlamış olduğumuz sonuç raporu ve ekleri ekteki.rar dosyasındadır. Saygılarımla, Grup 15 Adına Mehmet KARNITOK Grup 15 Üyeleri: Mehmet KARNITOK Ali Birinci Bahar İkinci Güldeste Dördüncü (Grup çalışmalarına katılmamıştır) 5. Bir çalışmanın sonuç raporunun hazırlanıp dosyalanması ve sunulması o çalışmanın yapılması kadar önemlidir. Bunu unutmayınız. Şekil. Örnek bir E-Posta arayüzü İsmail H. ALTAŞ 6

11 4. Sonuçlar Bu dönem ödevinin öğrenci üzerindeki olumlu veya olumsuz etkileri, öğrenci başarısına yapacağı katkılar ancak çalışma raporları tamamlandıktan sonra belli olabilecektir. 5. Değerlendirmeler Bu dönem ödevi ile Otomatik Kontrol Sistemleri dersini alan öğrencilerin kontrol uygulamaları konusundaki vizyonlarının çok boyutlu olarak açılması ve tasarım düşünce ve becerilerinin artırılması hedeflenmiştir. Bu hedefe ulaşılıp ulaşılamadığı sonuç raporları teslim edildikten sonra ancak anlaşılabilecektir. Eminim ki bu dönem ödevi üzerinde dikkatli ve önem vererek çalışan öğrenciler çalışmalarını bitirdiklerinde kontrol mühendisliği açısından yeni bir vizyona ve problemlere farklı çözümler üretebilme düşüncesine kavuşacaklardır. Kaynaklar [1]. (30 Mart 2008 tarihinde etkin olan adres) [2]. R.C.Dorf and R.H. Bishop, Modern Control Systems, Prentice Hall Inc., 2001 İsmail H. ALTAŞ 7

12 EKLER EK 1.1. Varsa ekler ve ek bilgiler bu kısımda yer alacaktır. İsmail H. ALTAŞ 8