KONTROL SİSTEMLERİ TASARIMI LABORATUARINA GİRİŞ

Transkript

1 Giriş KONTROL SİSTEMLERİ TASARIMI LABORATUARINA GİRİŞ 0.1 GİRİŞ Deneylerin yapılacağı laboratuar, bilgisayar yardımıyla analog ve dijital denetleyici sistemlerinin analizine, tasarımına, benzetimine ve uygulamasına imkân sağlayan donanımlar ile oluşturulmuştur. Yapılacak deneylerde ulaşılması düşünülen nokta öğrencilerin teorik derslerdeki bilgilerini pratik deneyler ile pekiştirmeleridir. Derslerdeki teorik tasarımların, geliştirmelerin sonucunda elde edilen algoritmaların bilgisayar yardımıyla temelde nasıl gerçeklendiğinin kavranmasına yöneliktir. Öğrenciler deneyler süresince Matlab ve Simulink ile dinamik sistemlerin analizini ve benzetimini, kompanzasyon sistemlerinin denetleyici tasarımı ve benzetimini kavrayacaklar ve bu bilgileri ile test düzenekleri için deneytleyici geliştireceklerdir. 0.2 LABORATUAR DONANIMLARI Laboratuar toplam iki istasyondan oluşmaktadır. Birinci istasyonda Quanser SRV02-ET servo düzeneği, UPM V güç ünitesi, Q4 DAQ bilgisayar kartı, arayüz kartı, P4 bilgisayar içermektedir. İkinci istasyonda IP02 lineer düzeneği seçilmiştir. Şekil 0.1 Laboratuar Donanımları 1

2 Giriş Bunlara ilave olarak Real-Time Workshop ile Matlab ve Simulink yazılımı, Ardence RTX ile WinCon yazılımları istasyonlardaki bilgisayarlarda bulunmaktadır. 0.3 MATLAB REAL TIME WORKSHOP Real Time Workshop, Simulink için optimum ve uyarlanabilir ANSI C kodu üretir. Real Time Workshop tüm simulink özelliklerini desteklemekle birlikte 8-bit, 16-bit, ve 32-bit tamsayı, virgüllü sayı ve uyarlanabilir (fixed-point) data tiplerini içermektedir. 0.4 WinCon/WinLib Bu program sayesinde Matlab ile düzenekleri arasındaki bilgi transferlerini sağlamaktadırlar. 0.5 Q4 DAQ VERİ TRANSFER KARTI Özellikler: 4x 14-bit Analog girişleri 4x 12-bit D/A gerilim çıkışları 4x dörtleyici enkoder girişleri 16 programlanabilir dijital I/O kanalları 2x 32-bit bağımsız sayıcı veya zamanlayıcı 4x 24-bit ayarlanabilir enkoder sayıcı veya zamanlayıcı 2x PWM çıkışı 0.6 GÜÇ MODÜLÜ Her istasyon bir güç kuvvetlendiricisi ile sürülmektedir. Güç Modülü regüleli çift +-12VDC çıkışlı güç kaynağı ve lineer güç operasyonel kuvvetlendiricisinden oluşmaktadır. Güç kaynağının +-12VDC için 1A çıkışı vardır. maksimum güç çıkışı 45W, maksimum akım çıkışı 3A, maksimum gerilim çıkışı 15V dur. 0.7 SRV02-ET SERVO DÜZENEK Sert alüminyum iskelet üzerine tutturulmuş yüksek kalitede DC servomotordan oluşmaktadır. Bu motor, harici dişlileri 14:1 oranında bir dişli kutusu yardımıyla sürmektedir. Motor şaftı 1024 sayımlı bir dörtleyici enkoder ile birleştirilmiştir. Çıkış miline bağlı bekleş önleyici dişlide bir potansiyometre ile birleştirilmiştir. Potansiyometre çıkış açısını ölçmede kullanılabilinir. Harici dişli takımını oranı 1:1 den 5:1 e kadar değiştirilebilinir. 2

3 Giriş 0.8 IP02 LİNEER DÜZENEK Şekil0.2 SRV02 Donanımı Lineer hareket deneylerinin gerçekleştirildiği düzenektir. DC motor tarafından sürülen sert alüminyum arabadan oluşmaktadır. Lineer rulman kullanılarak araba paslanmaz çelik şaft üzerinde hareket etmektedir. Araba dişli ve ray düzeneği ile hareketlendirilmektedir. Arabanın konumu optik dörtleyici bir enkoder ile ölçülmektedir. Arabanın ön ortasına takılacak çubuğun serbestçe hareket etmesini sağlayacak şekilde bir dairesel eklem bulunmaktadır. Çubuğun açısı optik dörtleyici bir enkoder ile ölçülmektedir. Şekil0.3 IP02 Donanımı 3

4 Deney.1 Veri Aktarımına Giriş ve Gerçek Zamanda Kontrol DENEY.1 - VERİ AKTARIMINA GİRİŞ ve GERÇEK ZAMANDA KONTROL 1.1 AMAÇ Deneyin amaçlarını Q4 arayüz kartı ve WinCon yazılımına aşinalık sağlamak Temel giriş çıkış bağlantılarını anlamak Encoder açısını ölçmek için WinCon uygulaması oluşturmak Motoru çalıştırıp takometreden ve potansiyometreden verilerin okunmasını sağlayan WinCon Programını oluşturmak olarak sıralayabiliriz. 1.2 GİRİŞ Bilgisayar teknolojisindeki ilerleme ve bu ilerlemeye paralel olarak maliyeterin azalması dijital denetleyicilerin önünü açmıştır. Analog denetleyicilerin çok karışık donanımlar ile çözebileceği karmaşık problemleri dahi dijital denetleyiciler sayesinde kolaylıkla üstesinden gelinebilinir bir hal almıştır. Çalışma koşullarına göre düzenekte olabilecek değişimleri denetleyici içersine katmak, dijital denetleyicilere analog denetleyiciler önünde esneklik olarak bir artı kazandırmaktadır. Analog/Dijital ve Dijital/Analog Dönüştürücüler: Bilgi aktarım kartları dijital denetleyicilerin gözleri ve kulakları gibidir. Bilgisayarlar sinyalleri dijital formda (sayısal) olarak alırlar ve işlerler. Bilgisayar çıkışı bu sinyallerin gerekli hesaplamalar yapıldıktan sonra analog veriye dönüştürülmesinden sonra gerçekleşir. Dijital analog dönüştürücülerin çözünürlüğü oluşabilecek en küçük değişim ile belirlenmektedir. N-bitlik bir dönüştürücü için Çözünürlük = (100/2 N ) % Örneğin 10-bitlik bir DAC için 100/2 10 =100/1024= % dir. ADC için ise çözünürlük en küçük algılanabilir değişim olarak tanımlanmaktadır. Gerçek Zamanda denetleme için bir başka önemli nokta ise yenileme oranıdır. Denetleyicinin bir çevrimi süresince şu üç şeyin tamamlanması gerekmektedir; (1) Algılayıcılar okunmalı (A/D girişler), (2) Mikroişlemci yenilenen işareti hesaplamalı, (3) Hesaplanan işaret analog işarete dönüştürülmeli (D/A çıkış). Bu süreyi belirleyen faktör sistemin dinamik zaman sabitidir. 4

5 1.3 KABLOLAMA DİYAGRAMI Deney.1 Veri Aktarımına Giriş ve Gerçek Zamanda Kontrol Şekil 1.1 Kablolama diagramı 1.4 ALGILAYICILARIN ÖLÇÜLMESİ a. Enkoder modeli oluşturması ve enkoder açısının ölçülmesi: Simulink altında yeni bir model oluşturulur ve kütüphaneden Quanser Toolbox sekmesi altından enkoder girişi seçilir. Enkoder bloğu çift tıklanarak ilgili kanal numarası girilir ve aşağıdaki şekildeki model oluşturulur. Şekil1.2 Simulink modeli b. Kodun Derlenmesi: Gerçek zamanda çalışmaya başlamadan önce kodun derlenmesi gerekmektedir. Bu işlem aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi Build komutuyla yapılabilinir. Şekil1.3 Kod derleme penceresi 5

6 Deney.1 Veri Aktarımına Giriş ve Gerçek Zamanda Kontrol c. Bilgi Çizimi: Simulink modeliniz altındaki tüm Display ve Scope larınıza WinCon Server altından ulaşabilirsiniz. Enkoder her bir turda 1024 sayım yapacaktır, enkoderin dörtleyici olarak okunduğu düşünüldüğünde 360 dereceye karşılık 1024*4 =4096 sayım gelmektedir. Çözünürlüğe baktığımızda 360/4096 = derece elde ederiz. Bilgi penceresinden izlediğimiz verinin derece olmasını istiyorsak, Simulink modelimizdeki kazanç çarpanımızı 1 yerine 360/4096 yapmalıyız. Deneyin bu kısmında enkoderden gelen bilgiyi izleyerek işaret kaçırıp kaçırmadığımızın analizini yapmak için motor saftını belirli oranda sağa ve sola döndürerek bilgi ekranını takip edeceğiz. d. Motora gerilim uygulayıp hız(takometre) ve pozisyon (potansiyometre) bilgilerini ölçme: Düzenekteki motorumuza gerilim verebilmemiz için, bilgisayardaki dijital sinyalimizi analoğa dönüştürerek ilgili kanaldan çıkışını sağlayıp modelimizi oluşturmaya başlayabiliriz. Quanser Analog Output bloğu bu dönüşümü gerçekleyecektir. Daha sonra hız bilgisini ölçmek için takometreden gelen analog veriyi dijitale dönüştüren Analog Input bloğunu kullanırız. Kullanılan takometrenin etiket değerleri 1.5V/1000RPM olduğundan kazanç buna göre ayarlanmalıdır. Aynı şekilde pozisyon bilgisi için bu sefer potansiyometreden gelen analog veri okunmalıdır. Şekil1.3 Hız ve konum ölçümüyle ilgili simulink modeli 6