Robot Bilimi. Robot Kontrol Sistemleri

Transkript

1 Robot Bilimi Robot Kontrol Sistemleri Ozan AKI r1.1

2 Robot Kontrol Yapısı Robotlar (Aynı zamanda insanlar); Çevrelerini Algılarlar (Sensörler) Karar verirler (Amaçları ve Görevleri doğrultusunda) Çevrelerine Tepki verirler (Aktüatörler - Eyleyiciler) Karar (Algoritma) Giriş (Sensörler) Çıkış (Aktüatörler)

3 İnsan Kontrol Süreci HEDEF, MİSYON, GÖREV ALGILAMA KARAR TEPKİ GÖZLER DOKUNMA KULAKLAR KOKU TAT ELLER AYAKLAR MİMİKLER KONUŞMA SES

4 Robot Kontrol Süreci HEDEF, MİSYON, GÖREV ALGILAMA KARAR TEPKİ SENSÖRLER INFRARED SONAR TEMAS MİKROFON KAMERA KOLLAR İŞLEYİCİ TEKERLEK IŞIK GÖRÜNTÜ SES

5 Kontrol Nedir? Kontrol, bir işin usulüne uygun yapılıp yapılmadığını doğrulamak, denetlemektir. Ancak aynı zamanda ayarlamak, kumanda etmek anlamında da kullanılır. (arabayı kontrol etmek?) Kontrol Sistemi, bir niceliğin önceden belirlenmiş olan koşullara uygunluğunu denetlemek ve gerekiyorsa bu koşullara uygun hale gelmesini sağlayan bileşenler bütünü olarak düşünülebilir.

6 Kavramlar Set Değeri (SV - Set Value): Kontrol etmek istediğimiz sistemin olmasını istediğimiz ve kontrol sistemine girdi olarak verdiğimiz değere denir. Proses Değeri (PV - Process Value): Kontrol edilen sistemden elde edilen giriş cinsinden ölçüm değerine denir Hata (Error): Set değeri ile Proses değeri arasında meydana gelen farka denir.

7 Kavramlar

8 Kontrol Sistemleri Kontrol sistemleri şu şekilde sınıflandırılabilir; Açık Çevrim Kontrol Sistemleri Kapalı Çevrim Kontrol Sistemleri On-Off Kontrol P (Oransal) Kontrol PI (Oransal + Integral) Kontrol PID (Oransal + Integral + Derivative) Kontrol Fuzzy Logic (Bulanık Mantık) Kontrol (Fuzzy Logic) Bulanık Mantık ve Uzman Sistemler Artificial Neural Network (Yapay Sinir Ağları) Artificial Intelligence (Yapay Zeka) ile Kontrol

9 Açık Çevrim Kontrol Sistemleri Arzu edilen çıkış durumunu sisteme girdi olarak ayarlarız ve kontrol sistemi çıkışı ayarladığımız şekilde verir / verdiğini varsayar. Ancak kontrol edilen sistemin gerçektende istediğimiz değere ulaştığı bilinmemektedir.

10 Açık Çevrim Kontrol Sistemleri Bu tür sistemlere örnek olarak, Müzik ses ayar düğmesi. Sesi ayarlarız ancak sesin her zaman istediğimiz düzeyde kalmasını sağlayamayız. Musluğu her zaman sadece bir tur çevirip açsak bile, tesisataki suyun basıncına göre akan miktar faklı olabilir. Açık çevrim kontrol sistemlerinde girdiyi (Set Değeri) veririz ve kontrol edilen sisteme bu değer uygulanır. Ancak hiç bir zaman kontrol edilen sistemin istediğimiz değerde olup olmadığını bilemeyiz.

11 Kapalı Çevrim Kontrol Sistemleri Kapalı Çevrim Kontrol Sistemleri, girişe uygulanan set değerini proses değeri ile karşılaştırarak, kontrol edilen sistemin her an istenen değerde kalmasını sağlamaya çalışır.

12 Kapalı Çevrim Kontrol Sistemleri Bunun için, kontrol edilen sistemden bir ölçüm alınarak, istenen değer ile karşılaştırılır; Hata = Set Değeri Proses Değeri Sistem Hatayı her zaman sıfır yapmaya çalışır. Kontrol edilen sistemden ölçülen değere aynı zamanda geri besleme (Feedback) denir.

13 On-Off Kontrol En basit kapalı çevrim kontrol sistemidir. Proses değeri, set değerinden Histerisiz kadar aşağıda olursa sisteme çıkış verilir, Proses değeri, Set değerine ulaştığında çıkış kapatılır.

14 On-Off Kontrol Bu kontrol tipinde çalışan çoğu aktüatör, sık açıp kapanmaya uygun olmayıp ömürleri kısa sürede tükenir. Bunu önlemek için, On-Off Kontrol tipi sistemlere Histerisiz eklenmiştir. Histerisiz, proses değeri, set değerine ulaştığında çıkışı kapatır, proses değeri set değerinin altına histerisiz kadar düştüğünde tekrar devreye girer. Bu da aktüatörün sık devreye girip çıkmasını önler.

15 On-Off Kontrol On-Off kontrol, proses değerini hiç bir zaman set değerine sabit tutamaz. Proses değeri, Set değerinin altına ve üstüne doğru sürekli salınım yapar. On-Off Kontrol tipi, çok kolay ve ucuz bir kontrol olup günlük hayatta, buzdolapları, ısıtıcılar, ütüler, termosifon, gibi cihazlarda bulunmaktadır. Kritik olmayan ve Hassas Proses değeri gerektirmeyen endüstriyel sistemlerde de kullanılır.

16 P (Oransal) Kontrol On-Off çalışmadaki büyük salınımları engellemek için set değerine yaklaştıkça çıkışı oransal olarak kısmaya dayanır. E = SV PV P = E x Kp

17 P (Oransal) Kontrol Set Değeri ile Proses Değeri arasındaki fark, bir katsayı ile çarpılarak P (Proportional) değeri elde edilir. P, Proses değeri Set değerine yaklaştıkça, azalan hatadan dolayı çıkışını orantı bir şekilde azaltır. Proses değeri tam olarak Set değerine ulaştığında, Hata sıfır olacağı için, P çıkışı da sıfır olur. Dolayısıyla bu kontrol tipinde hiç bir zaman proses değeri set değeri ile çakışamaz. P Kontrolde her zaman Offset Hatası adı verilen kalıcı bir hata vardır. PV hiçbir zaman SV değerine gelemez.

18 P (Oransal) Kontrol

19 PI (Oransal+Integral) Kontrol P tipi kontrolde ortaya çıkan Offset Hatasını gidermek amacıyla P kontrolün yanında I (Integral) kullanılır. E = SV PV P = E x Kp I = (I + E) x Ki PI = P + I

20 PI (Oransal+Integral) Kontrol PI tipi kontrolde, proses değeri bir süre sonra tam olarak set değerine oturur ve offset hatası sıfırlanır. Kümülatif olarak toplanan hatadan dolayı, ilk andaki çalışmada proses değeri set değerine yalaşırken Integral değeri çok yükselir. Yükselen bu değer, etkisini çıkışta gösterir. Bundan dolayı ilk çalışmada çıkış aşırı yükselir. Bu kontrol tipinin dezavantajı, ilk anda çok yüksek aşımlar (overshoot) yapması ve oturma zamanının uzun zaman almasıdır.

21 PI (Oransal+Integral) Kontrol

22 PI (Oransal+Integral) Kontrol

23 PID (Oransal+Integral+Türev) Kontrol PID tipi kontrolde, PI kontroldeki yüksek aşımları (overshoot) önlemek ve proses değerini en kısa sürede değerine oturtmak için sisteme D (Derivative - Türev) eklenir. E = SV PV P = E x Kp I = (I + E) x Ki D = (E - E2) x Kd E2 = E PID = P + I + D

24 PID (Oransal+Integral+Türev) Kontrol PID tipi kontrolde, proses değeri en kısa sürede ve en az aşımla set değerine oturur. Ancak bunu sağlamak için, kontrol edilen sistemin doğal tepkilerine en uygun Kp, Ki ve Kd katsayılarının belirlenmesi gerekir. Bunun için modelleme ya da deneysel sonuçlardan yararlanılır. Eğer Kp, Ki, Kd parametreleri uygun ayarlanmaz ise, sistem kontrolden çıkabilir ya da rezonansa girebilir.

25 PID (Oransal+Integral+Türev) Kontrol

26 PID (Oransal+Integral+Türev) Kontrol PID parametrelerini ayarlama için bir çok kuramsal ve deneysel yöntem vardır. Bunlardan biri de denemeyanılma yöntemidir. Parametrelerin çıkışa etkisi bilinirse, deneme yoluyla parametrelerin ayarlanması mümkündür.

27 Robot Kontrol Yapısı