MAK3002 OTOMATİK KONTROL 2007-2008 YAZ OKULU Adı Otomatik Kontrol Dili Türü Ön Koşulu Koordinatörleri İçeriği Amacı Kodu MAK 3002 Türkçe Zorunlu Yok Yarıyılı 6 Kredisi Laboratuar (Saat/Hafta) Prof. Dr. İbrahim YÜKSEL/ / Öğr. Gör. Dr. Gürsel ŞEFKAT/Öğr.Gör.Dr. Zeliha K. KOCABIÇAK Otomatik kontrol ve geribeslemeli denetim sistemlerinin tanımı, özellikleri. dinamiği ve sistem dinamiğine esas olan matematiksel bağıntıların çıkarılması, yorumlanması ve çözümü. lerin geçici ve kalıcı durum karakteristikleri. Temel denetim etkileri ve endüstriyel denetim organları. lerin kararlık durumunun analizi ve Frekans cevabı yöntemleri. Teknolojik alanda yer alan Otomatik Kontrol sistemlerinin çalışmasının ve işlevlerinin anlaşılmasını sağlayan bilgi ve beceriyi matematiksel bağıntılarla birlikte kazandırmak. 4 Ders Uygulama 4 0 0 Kazandıracağı Bilgi ve Beceriler. Otomatik Kontrol konusu ile ilgili temel kavramları ve tanımları öğrenir. 2. dinamiği ve otomatik kontrol konularının matematiksel analizinde kullanıla Laplace dönüşüm özellikleri ve temellerini ve bu konuda uygulama yapmasını öğreni 3. Otomatik kontrol sistemlerinin dinamik analizine esas teşkil eden matematiks modellerin çıkarılmasını ve bu konuda yeterli uygulama yapmasını öğrenir. 4. Otomatik kontrol sistemlerinin giriş çıkış özelliklerini tanımlayan transf fonksiyonları ve blok şemalarının çıkarılmasını ve bu konularda yeterli uygulam yapabilme yeterliliği kazanır. 5. lerin belli bir giriş karşısında gösterdiği geçici ve kalıcı durum davranışının el edilebilmesi ve bu konuda gerekli kavramları öğrenir. Bunlara bağlı olarak bir deneti sisteminde zaman gecikmesi ve kalıcı durum hataları ile ilgili tanımları kavrar. 6. Otomatik Kontrol sistemlerinin beynini teşkil eden denetim organlarının yapısını temel kontrol biçimlerinin ve bunların çalışma tarzlarını anlar ve endüstriyel deneti sistemlerinde uygulama olanaklarını ve ayrıca bu denetim organlarının en uygu ayarının belirlenmesini öğrenir. 7. Doğrusal sistemlerin kararlılık koşullarının araştırılması, bu konuda temel basit b kararlılık ölçütü olan Routh-Hurtwitz ölçütünün uygulanmasını öğrenir. 8. lerin frekans alanı cevabının kavranmasını, Bode ve Nyquist eğrileri gibi tem frekans cevabı eğrilerinin elde edilmesini ve frekans alanı cevabına göre kararlıl analizinin yapılabilmesini ve buna bağlı olarak kararlılıkta faz ve kazanç payların anlamını ve uygulamasını öğrenir. Ders Kitabı (Ders Notu) Yararlanılacak Diğer Kaynaklar Prof. Dr. İbrahim YÜKSEL Otomatik Kontrol, Dinamiği ve leri, 5. Baskı, Nobel 2006.Otomatik Kontrol leri, Benjamin C. KUO, Çeviren: Prof. Dr. Atilla BİR, 2.Çözümlü Otomatik Kontrol Problemleri, Dinamiği ve leri, İbrahim YÜKSEL, Mesut ŞENGİRGİN, Gürsel ŞEFKAT, Vipaş 2002 3.Modern Control System, R. C. Dorf & R.H. Bishop, 9.Baskı, 200, Prentic Hall, 4.Control System Design, G. C. Goodwin, S.F. Graebe, M.E. Salgado, 200, Prentic Hall 5.Design of Feedback Control Systems, R.T. Stefani, B. Shahian, C.J. Savant, G. H. Hostetter. Oxford University Press, 2002 6.Modeling, Analysis, and Control Dynamic Systems, W.J. Palm III, John Wiley & Sons. Inc., 999 Ödev ve Projeler Laboratuvar Deneyleri Bilgisayar Kullanımı Diğer Uygulamalar adet ödev Süreç denetim sistemi ve denetim deneyleri MATLAB/Control Toolbox ve Simulink yardımıyla otomatik kontrol problemlerinin çözümü Ödevler Projeler Diğer DERSİN BAŞARI ÖLÇÜM ve DEĞERLENDİRME YÖNTEMİ Çalışmalar Ara Sınavlar Kısa Sınavlar Laboratuar Derse Devam Yarıyıl Sonu Sınavı Yarıyıl Sonu Sınavına Girebilmek İçin Asgari Şartlar Sayı % 70 Başarı Notuna Toplam Katkısı(%) % 40 %0 % 50
arıyıl Ders lanı Hafta I: Kontrol dersinin içeriğinin tanıtılması. Bu derste kullanılacak kaynakların ve araçların tanıtılması, örneklerle otomatik kontrol konularının açıklanması. Laplace dönüşümlerinin tanımı, anlamı ve kullanım yeri. Bazı standart giriş fonksiyonları ve bunların Laplace dönüşümleri Hafta II: Ters Laplace dönüşümleri, tanımı ve temel bağıntıları ve Fiziksel sistemlerin matematiksel modelleri ve sistem dinamiği. Transfer fonksiyonun tanımı ve temel özellikleri ve Blok şemaları, indirgenmesi Hafta III: Kapalı döngü bir blok şemanın indirgenmesi, Mekaniksel sistemler (m, k, ve B sistemi) temel denklemlerinin çıkarılması, TF ve dinamik davranış parametrelerini belirlenmesi. Isıl sistemler ve ilgili temel dinamik yasalar. Isıl sistemlerin transfer fonksiyonlarının çıkarılması, Elektromekanik sistemler: DA motorları, solenoidler Hafta IV: Zaman sabiti veya birinci dereceden gecikme elemanı, basamak cevabı, dinamik davranışı, ve dinamik davranışı ile ilgili parametrelerin tanımı, Geçici durum davranışı özellikleri ile ilgili tanımlar. sistemlerin kalıcı durum davranışı ve hatası Hafta V: Genel Tekrar ve Yıliçi Sınavı Hafta VI: Doğrusal geribeslemeli sistemlerin kararlılığı. Routh-Hurtwitz ölçütünün denetim sistemlerine uygulanması. Temel denetim etkileri ve endüstriyel denetim organları Hafta VII: Frekans cevabı yöntemleri. Faz payı ve kazanç geçiş frekansı, tanımı ve özellikleri. Örnek uygulamalar. SİSTEM (System): Genel anlamda; bir bütün oluşturacak şekilde karşılıklı olarak birbirine bağlı elemanlar toplamıdır diye tanımlanabilir. Fiziksel anlamda; bir amacı gerçekleştirmek için düzenlenmiş ve bütün bir birim olarak hareket etmek üzere birleştirilen etkileşimli ya da ilişkili fiziksel elemanlar düzenidir. DENETİM (Control): kelimesi genellikle ayarlamak, düzenlemek, yöneltmek veya kumanda etmek anlamlarına gelir. Tanım olarak; bir değişken niceliğin ya da değişken nicelikler kümesinin önceden belirlenmiş bir koşula uyumunu sağlamaya yönelik olarak gerçekleştirilen işlemler bütünüdür. DENETİM SİSTEMİ (Control System): Kendisini veya diğer bir sistemi kumanda etmek, yönlendirmek veya ayarlamak üzere birleştirilen fiziksel organlar kümesidir. Mühendislik açısından denetim sistemi, en az veya hiçbir insan girişimi gerektirmeyecek şekilde, arzu edilen işlevleri ve sonuçları sağlamak üzere bir araya getirilen makine, süreç (process) ve diğer aygıt donanımlarının (Instrumentation) otomatik çalışmasını ifade eder. sistemleri, denetlenen niceliklerin değerlerini sabit tutar ya da bu değerleri, önceden belirlenmiş biçimde değişmesini sağlar. GERIBESLEME ELEMANI (Feedback Element): çıkış sinyali ile geribesleme sinyali arasında işlevsel bağıntı kuran elemandır. Geribesleme elemanları özellikle denetlenen değişken ile başvuru giriş sinyalinin farklı fiziksel yapıda olduğu durumlarda bir dönüştürgeçten (transducer) ibarettir. Geribesleme elemanı denetlenen değişkenin ölçülen değerini sağlar. Genellikle geribesleme elemanı bir ölçü elemanı biçimindedir. GİRİŞ Arzu Edilen Giriş Başvuru Girişi Organı Açık Döngü Actuator i DENETLENEN Kapalı Döngü DENETİM SİSTEMİ Değişken İRİŞ KAPALI DÖNGÜ DENETİM SİSTEMİ Organı Karşılaştırıcı Actuator Geribesleme ı Sensor(Algılayıcı) DENETLENEN DENETİM SİSTEMİ Karşılaştırıcı GİRİŞ r(t) + _ DENETİM SİSTEMİ BLOK (İŞLEVSEL) ŞEMASI Hata veya Sapma İşareti veya Bilgisi Organı veya e(t) m(t) Actuator Algoritması a(t) Geribesleme İşareti b(t) Geribesleme ı (Ölçme ı veya Algılayıcı) Düzeltme İşareti Bozucu Giriş c(t) Kontrol Mühendisliği Programı Kontrol Mühendisliği Programı nda verilen öğretimin temel ilkesi ve bu eğitim süreci içinde öğrenciye sunulan ders programının temel amacı, endüstriyel bir işletmenin üretim kalitesinin ve verimliliğin arttırılmasını sağlayan en önemli araç olan, Endüstriyel Otomasyon leri nin tasarımına ilişkin kuramsal ve çağdaş teknolojik bilgiler ile donatılmış Kontrol Mühendislerini yetiştirmektir. Kontrol Mühendisliği nedir? Kontrol Mühendisliği; elektrik, elektronik, mekanik ve bilgisayar tabanlı tüm endüstriyel üretim sistemlerinin amaçlanan ve planlanan biçimde çalışmasını sağlayan bilgi ve ve teknolojileri üreten ve uygulayan bir mühendislik dalıdır. Kontrol Mühendisliği Programı, otomatik kontrol teorisi ve uygulamaları, endüstriyel otomasyon, ölçme ve entrümantasyon, robotik, bilgisayar tabanlı endüstriyel bilişim sistemlerinin tasarımı ve uygulamaları konularında eğitim verir ve araştırma yapar:
Sıcaklık Ölçer Kontrol Mühendisliği'nin Temel Eğitim ve Araştırma Alanları okontrol ve Teorisi omodelleme, Simülasyon ve Belirleme oendüstriyel Otomasyon ve Robotik oproses Kontrol, Ölçme ve Enstrümantasyon ohareket Kontrol leri (Servo ler, Elektrikli Ulaşım leri vb..) osürücü ler (Elektrik, Elektronik, Pnömatik ve Hidrolik) oakıllı ler (Fuzzy Kontrol, Yapay Sinir Ağları ve Genetik Algoritmalar vb..) oendüstriyel Veri İletişim leri obilgisayar Tabanlı Gerçek Zaman Kontrol leri (PC, DSP, PLC, mc, vb) Buhar Elle valfı Buhar Elle valfı Sıcak Su Organı Otomatik Sıcaklık Ölçer Sıcaklık Duyar Sıcak Su Sıcak Su Kontrol Mühendisleri ne iş yapar? Valfi Kontrol Mühendisleri, kontrol sistemleri tasarlayan ve üreten endüstriyel otomasyon sektöründe araştırma, tasarım ve üretim mühendisi olarak veya çeşitli fabrikalarda bakım, onarım ve endüstriyel işletme hizmetlerinde çalışabilirler Elle ve Otomatik Sıcaklık i Karşılaştırması TERMOSTAT (SICAKLIK AYARLAYICI) TİPİ SICAKLIK DENETLEYİCİSİ VE ALGILAYICISI OTOMATİK KONTROLÜN TARİHİ Geribeslemeli kontrolün ilk örneği M.Ö. -300 periyodunda Yunanistan da şamandıra düzenleyici mekanizmasının gelişimiyle görüldü. Metal çifti sıcaklık algılayıcısı
OTOMATİK KONTROLÜN TARİHİ Endüstriyel süreçlerde kullanılan ilk geribeslemeli denetici, buharlı makinelerin hızını düzenlemek için 769 da James Watt tarafından geliştirilen düzenektir.