OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ



Benzer belgeler
OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

Ders İçerik Bilgisi. Sistem Davranışlarının Analizi. Dr. Hakan TERZİOĞLU. 1. Geçici durum analizi. 2. Kalıcı durum analizi. MATLAB da örnek çözümü

Otomatik Kontrol. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemin Genel Gereklilikleri. Hazırlayan: Dr. Nurdan Bilgin

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

U.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Elektronik Mühendisliği Bölümü ELN3102 OTOMATİK KONTROL Bahar Dönemi Yıliçi Sınavı Cevap Anahtarı

Ders İçerik Bilgisi. Dr. Hakan TERZİOĞLU Dr. Hakan TERZİOĞLU 1

TRANFER FONKSİYONLARI SİSTEMLERİN MATEMATİKSEL MODELİ BASİT SİSTEM ELEMANLARI

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

H04 Mekatronik Sistemler. Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

DENEY.3 - DC MOTOR KONUM-HIZ KONTROLÜ

Otomatik Kontrol I. Dinamik Sistemlerin Matematik Modellenmesi. Yard.Doç.Dr. Vasfi Emre Ömürlü

BÖLÜM-6 BLOK DİYAGRAMLARI

Sistem Dinamiği. Bölüm 4-Mekanik Sistemlerde Yay ve Sönüm Elemanı. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

Sistem Dinamiği ve Kontrolü Bütünleme 26 Ocak 2017 Süre: 1.45 Saat. Adı ve Soyadı : İmzası : Öğrenci Numarası :

PROSES KONTROL DENEY FÖYÜ

Kontrol Sistemlerinin Tasarımı

OTOMATİK KONTROL

Sistem Dinamiği. Bölüm 2- Dinamik Cevap ve Laplace Dönüşümü. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

Sistem Dinamiği. Bölüm 3- Rijit Gövdeli Mekanik Sistemlerin Modellenmesi. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

PID SÜREKLİ KONTROL ORGANI:

Sistem Dinamiği. Bölüm 9- Frekans Domeninde Sistem Analizi. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EET305 OTOMATİK KONTROL I Dr. Uğur HASIRCI

BÖLÜM 6 LAPLACE DÖNÜŞÜMLERİ

Contents. Doğrusal sistemler için kontrol tasarım yaklaşımları

1. DENEY ADI: Rezonans Deneyi. analitik olarak bulmak denir. Serbestlik Derecesi: Genlik: Periyot: Frekans: Harmonik Hareket:

İleri Diferansiyel Denklemler

EGE ÜNİVERSİTESİ EGE MYO MEKATRONİK PROGRAMI

MEKATRONİK VE KONTROL LABORATUARI DENEY FÖYÜ

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

BÖLÜM-9 SİSTEM HASSASİYETİ

H(s) B(s) V (s) Yer Kök Eğrileri. Şekil13. V s R s = K H s. B s =1için. 1 K H s

Kontrol Sistemlerinin Tasarımı

Akışkan Kinematiği 1

Otomatik Kontrol (Doğrusal sistemlerde Kararlılık Kriterleri) - Ders sorumlusu: Doç.Dr.HilmiKuşçu

Algılayıcılar (Sensors)

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

Elektrik Devre Lab

OTOMATİK KONTROL. Set noktası (Hedef) + Kontrol edici. Son kontrol elemanı PROSES. Dönüştürücü. Ölçüm elemanı

MEB YÖK MESLEK YÜKSEKOKULLARI PROGRAM GELĐŞTĐRME PROJESĐ. 1. Endüstride kullanılan Otomatik Kontrolun temel kavramlarını açıklayabilme.

İleri Diferansiyel Denklemler

Kontrol Sistemlerinin Analizi

(Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 3) HAVA KÜTLE AKIŞ SİSTEMLERİNDE PID İLE SICAKLIK KONTROLÜ. DENEY SORUMLUSU Arş.Gör.

SAYISAL KONTROL 2 PROJESİ

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) 2 DİŞLİ ÇARKLAR I: GİRİŞ

ELK-301 ELEKTRİK MAKİNALARI-1

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

Fiziksel Sistemlerin Matematik Modeli. Prof. Neil A.Duffie University of Wisconsin-Madison ÇEVİRİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU 2012

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK SİSTEMLER LABORATUVARI 1 OPAMP DEVRELERİ-1

AREL ÜNİVERSİTESİ DEVRE ANALİZİ

OTOMATİK KONTROL DERS NOTLARI. DERLEYEN: Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU. Kasım BAU MMF Makine Müh. Bölümü

T.C. SÜLEYMAN DEMĐREL ÜNĐVERSĐTESĐ MÜHENDĐSLĐK FAKÜLTESĐ MAKĐNE MÜHENDĐSLĐĞĐ BÖLÜMÜ

25. KARARLILIK KAPALI ÇEVRİM SİSTEMLERİNİN KARARLILIK İNCELENMESİ

Doç. Dr. Bilge DORAN

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

Zaman Domeninde Modelleme Transfer Fonksiyonu Durum Uzay Dönüşümü Durum Uzay Transfer Fonksiyonu DönüşümÜ

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BÖLÜM 4 TEK SERBESTLİK DERECELİ SİSTEMLERİN HARMONİK OLARAK ZORLANMIŞ TİTREŞİMİ

ELM 331 ELEKTRONİK II LABORATUAR DENEY FÖYÜ

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

Otomatik Kontrol. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemin Genel Gereklilikleri. Hazırlayan: Dr. Nurdan Bilgin

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

(Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 1) SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNİN PID İLE KONTROLÜ. DENEY SORUMLUSU Arş.Gör. Sertaç SAVAŞ

Hız-Moment Dönüşüm Mekanizmaları. Vedat Temiz

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

7. Hareketli (Analog) Ölçü Aletleri

Okut. Yüksel YURTAY. İletişim : (264) Sayısal Analiz. Giriş.

RF MİKROELEKTRONİK GÜRÜLTÜ

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EET305 OTOMATİK KONTROL I Dr. Uğur HASIRCI

Hidrostatik Güç İletimi. Vedat Temiz

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü ELE 301 Kontrol Sistemleri I.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

İşlemsel Yükselteçler

BÖLÜM 9 Kök-yer Eğrisiyle Tasarım

Alternatif Akım; Zaman içerisinde yönü ve şiddeti belli bir düzen içerisinde değişen akıma alternatif akım denir.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

RİJİT CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

KONUM ALGILAMA YÖNTEMLERİ VE KONTROLÜ

ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLERİN LİNEER UYGULAMALARI HAKAN KUNTMAN EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI

KLASİK BULANIK MANTIK DENETLEYİCİ PROBLEMİ : INVERTED PENDULUM

KİNETİK ENERJİ, İŞ-İŞ ve ENERJİ PRENSİBİ

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ DENETİM SİSTEMLERİ LABORATUVARI. Deney No:2 Birinci-İkinci Dereceden Denklemler Açık-Kapalı Çevrim Sistemler

KATI CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ (Kinetik Enerji)

MM 409 MatLAB-Simulink e GİRİŞ

BLM1612 DEVRE TEORİSİ

BTÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVARI DERSİ

AMASYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK SİSTEMLER LABORATUVARI 1 OPAMP DEVRELERİ-2

TIBBİ ENSTRUMANTASYON TASARIM VE UYGULAMALARI SAYISAL FİLTRELER

İstatistik ve Olasılık

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

İleri Diferansiyel Denklemler

Fizik-1 UYGULAMA-7. Katı bir cismin sabit bir eksen etrafında dönmesi

Transkript:

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

1) İdeal Sönümleme Elemanı : a) Öteleme Sönümleyici : Mekanik Elemanların Matematiksel Modeli Basit mekanik elemanlar, öteleme hareketinde; damper (sönümleyici), sürtünme, kütle ve yaydır. Dönme hareketinde ise dönel sönümleyici, eylemsizlik momenti ve yaydır. F(t)... B : Sönümleme katsayısı (N.s/m) F : Kuvvet (N) V : Hız (m/s) b) Dönel Sönümleyici : dθ (t) M(t)=B.. B : Sönümleme katsayısı (N.s/m) T, M : Moment (N) w: Açısal Hız (rad/s) 2

Mekanik Elemanların Matematiksel Modeli 2) İdeal Kütle ve Eylemsizlik : a) Öteleme Kütlesi : F(t). F(s).. b) Döner Kütle : J. T(t). T(s).. G= 3 a) Ötelemeli Yay : F(t).. df(t)... 3

3 b) Burulma Yayı : Mekanik Elemanların Matematiksel Modeli T(t).θ.θ dt(t)... Ödev 1 : Verilen sistemin transfer fonksiyonunu bulunuz? K x s 1 Ödev 2 : Ucunda J atalet momentli disk olan ve bir ucu sabitlenmiş şekildeki sistem, uygulanan M momenti ile bükülmektedir. Disk dönme sürtünme katsayısı B olan bir ortamda hareket ettiğine göre sistemin transfer fonksiyonu nedir? 4 θ s 1

Mekanik Elemanların Matematiksel Modeli Örnek 1: Verilen sistemin transfer fonksiyonunu bulunuz? 5

Enerji Depolamayan veya Harcamayan İdeal Sistem Elemanları 1) Transformatörler :.. İ ü ü ü N : Sarım sayısı ü : Dönüştürme oranı ü>1 : Gerilim Düşürücü ü<1 : Gerilim Yükseltici 2) Dişli Kutusu (Redüktör) :.. İ 1 ü ü N : Diş sayısı ü : Dönüştürme oranı ü>1 : Hız Düşürücü ü<1 : Hız Yükseltici 6

İşlemsel Kuvvetlendiriciler PID denetleyicilerin analog devrelerle gerçeklenmesinde özellikle kazanç, integral ve türev alma işlemleri için işlemsel kuvvetlendiriciler kullanılırlar. Bu sebeple işlemsek kuvvetlendiricilerinde transfer fonksiyonları belirlenmelidir. 1) Kuvvetlendirici (Kazanç) : 7

2) Kuvvetlendiricili Karşılaştırma Devresi : İşlemsel Kuvvetlendiriciler 8

3) Türev alıcı Devre: İşlemsel Kuvvetlendiriciler 4) İntegral alıcı Devre: 9

İşlemsel Kuvvetlendiriciler Örnek 2: Verilen sistemin transfer fonksiyonunu bulunuz? 10

Durum Değişkenleri Modeli Sistemin dinamiğini tanımlamak için durum değişkenleri veya durum uzay modelleri de kullanılabilir. Durum değişkenlerine bağlı denklemler kullanılarak verilen bir giriş için durum değişkenleri cinsinden sistemin çıkışı tanımlanabilir. n. dereceden bir sitem dinamiğinin modellenebilmesi için n adet değişken ve n adet durum denklemi gereklidir. Genel olarak durum denklemleri ; X t u t A B C D 11

Özellikleri : Durum Değişkenleri Modeli Durum denklemleri bilgisayarda sayısal olarak çözülebilir. Durum denklemleri çok girişli ve çok çıkışlı sistemlerde doğrudan kolaylıkla uygulanabilir. En uygun denetleyici tasarım yöntemleri genellikle durum değişkenleri modeline dayanır. NOT 1: Durum değişkenleri tekniği çoğunlukla çağdaş denetim yöntemleri olarak, buna karşılık transfer fonksiyonu tekniği de klasik yöntemler olarak bilinir. NOT 2: Tek giriş ve tek çıkışlı sistemlerde durum değişkeni yöntemi yerine transfer fonksiyonu yöntemini kullanmak daha uygundur. Transfer fonksiyonu ve Durum denklemleri arası geçiş : G(s)= C.. 12

Tanımlamalar : Sistemlerin Geçici ve Kalıcı Durum Davranışları Analizi 1) Gecikme Zamanı (tg) : Çıkışın, referans değerin yarısına ulaşana kadar geçen süredir. 1. derece sistemler için tg, zaman sabitine ( ) eşittir. 2) Yükselme Zamanı (ty), (tr) : Çıkışın, referansın %10 90, %5 95 veya %0 100 değerine ulaşana kadar geçen süredir. Genelde aşırı sönümlü (1. derece) sistemlerde %0 100, titreşimlisistemlerde %10 90 alınır. 3) Tepe Zamanı (tt), (tp) : Cevabınreferansı aşarak ilk tepe yaptığı zamandır. 4) Maksimum Aşım (Mp): Cevabın referansdeğeri en çok aştığı miktardır. Eğer nihai değere ulaşamayıpkalıcı durumhatası oluşuyorsayüzdeolarakverilir. %Mp=%. 100 5) Oturma Zamanı (to), (ts) : Cevap eğrisindeki titreşimlerin %5 veya %2 ye düştüğü süredir. 1. derece sistemlerde oturma zamanı yükselme zamanına eşittir. Not: Tüm değerler aynı anda küçük tutulamaz, bazıları birbirlerine göre ters etkilidirler. Örneğin Mp küçültülürken aynı anda to küçültülemez. 13

Tanımlamalar : Sistemlerin Geçici ve Kalıcı Durum Davranışları Analizi 6) Kalıcı Durum Hatası: Kalıcı durum başarımı genellikle basamak, rampa veya ivme giriş sinyaline göre gösterdiği kalıcı durumhatasına göre belirlenir. Verilen bir sistemin bir tipte giriş sinyalinde küçük bir hata verirken diğer bir girişte hata gösterebilir. Bu açık çevrim transfer fonksiyonuna bağlıdır. Kalıcı duruma sıfır veya en küçük hata ile ulaşmalıdır. Kapalı çevrim kontrol sistemi oluşturularak kalıcı durum hatası açık çevrimegöre daha küçük hatalar oluşturulabilir. 14

15 Sistemlerin Geçici ve Kalıcı Durum Davranışları Analizi

Transfer Fonksiyonlarına Eklenen Kutup ve Sıfırların Etkisi Her ne kadar bir sistemin kararlılığında sistemin kutupları 1. derecede etkili olsa da transfer fonksiyonunun sıfırları da önem taşır. Bu sebeple istenilen bir sistem cevabı için genellikle transfer fonksiyonuna bazı kutup ve sıfırların ilave edilmesi veya istenmeyen kutup ve sıfırların silinmesi gerekebilir. 1) İleri besleme yoluna kutup ilavesi : G(s)= 1 =1 için inceleyelim. G(s)= T(s)= T(s)= 16

Transfer Fonksiyonlarına Eklenen Kutup ve Sıfırların Etkisi İleri yol transfer fonksiyonuna ilave edilen kutupların genellikle kapalı çevrim sisteminde aşımı arttırdığı gözlenir. İlave edilen kutup sistem band genişliğini azaltır. İlave edilen kutup yükselme zamanını arttırır. 17 Ödev 3: 1, =0.25 için ve Tp=0,1,2 ve 5 değerleri için MATLAB da inceleyiniz.

Transfer Fonksiyonlarına Eklenen Kutup ve Sıfırların Etkisi 2) Kapalı çevrim transfer fonksiyonuna kutup ilavesi : T(s)= = 1 =0.5 için inceleyelim. T(s)= Tp arttıkça, yükselme zamanı ve aşımazalır. Aşım açısından bakılırsa kapalı çevrim transfer fonksiyonuna ilave edilen kutuplar açık çevrim e ilave edilene göre ters etki gösterir. 18

Transfer Fonksiyonlarına Eklenen Kutup ve Sıfırların Etkisi 3) İleri besleme yoluna sıfır ilavesi : G(s)= T(s)= = Açık çevrim sistemine bir sıfır ilavesinin sistemin kararlılığına etkisi vardır. Her ne kadar karakteristik denklemin kökleri sönüm ve kararlılığı belirlese de sistem davranışını etkileyen sıfırlarda dikkate alınmalıdır. 19

Transfer Fonksiyonlarına Eklenen Kutup ve Sıfırların Etkisi 4) Kapalı çevrim transfer fonksiyonuna sıfır ilavesi : T(s)= = 1 =1 için inceleyelim. T(s)= = Kapalı çevrim transfer fonksiyonuna bir sıfır ilave edilmesi yükselme zamanının azalması ve aşımınartmasına sebep olur. 20

Baskın Transfer Fonksiyon Kutupları Geçici durum cevabını çok etkileyen kutuplar belirlenerek bunlara baskın kutuplar denir. Yüksek mertebeden olan sistemleri kontrol edebilmek için yaklaşık olaraktemsileden düşük mertebenden sistemlere dönüştürülür. Bilindiği üzere imajiner eksene yakın kutuplar yavaş zayıflayan, uzaklar hızlı azalan cevaba sahiptir. Baskın ile baskın olmayan kutuplar arasındaki D mesafesi net değildir. Sistem ve beklenen cevap ile ilgili olarak değişir. Uygulamada bir kutbun gerçek kısmı, bir baskın kutbun gerçek kısmının 5 10 katı ise baskınolmadığı kabul edilir. Kutup yerleştirme tekniklerinde =0.707 doğrusu üzerinde baskın kutupların olduğu düşünülür. 21

Örnek 3: T(s)= = Baskın Transfer Fonksiyon Kutupları 10 1 1 Baskın kutuplar : ( 1+j) ve ( 1 j) Baskın kutupların reel kısmı : 1 Diğer kutup : 10 ve değeri baskın kutbun 10 katı Dolayısıyla sistemin geçici hali için ; T(s)= = sadeleştirilmiş denklem kullanılabilir. Önemsiz kutupların sürekli hal davranışında yok edilmesi : Baskın olmayan kutuplar geçici hal davranışında yukarıda yok edilmişti. Ancak kararlı durum davranışı korunmalıdır. Bu sebeple T(s) formülü yeniden düzenlenmelidir. T(s)= = Bu düzenleme yapılmaz ise sadeleştirme yanlış olur. 22 Baskın kutup