Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

Benzer belgeler
Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

DENEY.3 - DC MOTOR KONUM-HIZ KONTROLÜ

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

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

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

BMÜ-421 Benzetim ve Modelleme MATLAB SIMULINK. İlhan AYDIN

G( q ) yer çekimi matrisi;

İleri Diferansiyel Denklemler

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

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

DENEY 2 Sistem Benzetimi

KST Lab. Shake Table Deney Föyü

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

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 SAYILAR 11 Bölüm 2 KÜMELER 31 Bölüm 3 FONKSİYONLAR

Doğrusal Denklem Sistemlerini Cebirsel Yöntemlerle Çözme. 2 tişört + 1 çift çorap = 16 lira 1 tişört + 2 çift çorap = 14 lira

MATLAB. Temel işlemler, Vektörler, Matrisler DOÇ. DR. ERSAN KABALCI

İleri Diferansiyel Denklemler

1. Hafta SAYISAL ANALİZE GİRİŞ

Öğr. Elemanı: Dr. Mustafa Cumhur AKBULUT

ĠSTANBUL BOĞAZINDAKĠ AKINTI ENERJĠSĠ YARDIMIYLA ELEKTRĠK ELDESĠ Onur TULGAS Prof.Dr. Ayşen DEMİRÖREN, Prof. Dr. Ömer GÖREN, Y.Doç.Dr.

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği ( 1. ve 2. Öğretim ) Bölümü Dinamik Dersi (Türkçe Dilinde) 2. Çalişma Soruları / 21 Ekim 2018

Matris Cebiriyle Çoklu Regresyon Modeli

Mekatroniğe Giriş Dersi

Sistem Dinamiği. Bölüm 6. Elektrik ve Elektromekanik Sistemler. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Fizik Bölümü Fizik I Ders İkinci Ara Sınavı

Şekil 1. Geri beslemeli yükselteçlerin genel yapısı

KLASİK BULANIK MANTIK DENETLEYİCİ PROBLEMİ : INVERTED PENDULUM

İÇİNDEKİLER. Bölüm 1 MATEMATİKSEL İKTİSADA GİRİŞ İktisat Hakkında İktisatta Grafik ve Matematik Kullanımı 13

Contents. Doğrusal sistemler için kontrol tasarım yaklaşımları

ALTERNATİF AKIM (AC) II SİNÜSOİDAL DALGA; KAREKTRİSTİK ÖZELLİKLERİ

DENKLEM SİSTEMLERİ. ifadesinde a sayısı bilinmeyenin katsayısı ve b ise sabit sayıdır.

Fizik 101: Ders 7 Ajanda

Sistem Dinamiği. Bölüm 5-Blok Diyagramlar, Durum-Değişken Modelleri ve Simülasyon Metodları. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

SAYISAL ÇÖZÜMLEME Yrd. Doç. Dr. Adnan SONDAŞ Sayısal Çözümleme

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

Algoritmalar ve Programlama. DERS - 4 Yrd. Doç. Dr. Ahmet SERBES

Şekil 8.1: Cismin yatay ve dikey ivmesi

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

DENEY 5 RC DEVRELERİ KONDANSATÖRÜN YÜKLENMESİ VE BOŞALMASI

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

EŞİTLİK KISITLI TÜREVLİ YÖNTEMLER

EĞİK ATIŞ Ankara 2008

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

KISITLI OPTİMİZASYON

Prof.Dr. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU.

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

OPTİMİZASYON TEKNİKLERİ-2. Hafta

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

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

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

DENEY 5 SÜPERPOZİSYON VE MAKSİMUM GÜÇ AKTARIMI

DENKLEMLER CAUCHY-EULER DENKLEMİ. a n x n dn y dx n + a n 1x n 1 dn 1 y

MM 409 MatLAB-Simulink e GİRİŞ

Projenin Amacı: Çok kullanılan trigonometrik oranların farklı ve pratik yöntemlerle bulunması

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

Diferensiyel denklemler sürekli sistemlerin hareketlerinin ifade edilmesinde kullanılan denklemlerdir.

Zaman Domeninde Modelleme Transfer Fonksiyonu Durum Uzay Dönüşümü Durum Uzay Transfer Fonksiyonu Dönüşümü Durum Uzayında Doğrusallaştırma

BÖLÜM-6 BLOK DİYAGRAMLARI

Dijital Kontrol Sistemleri Prof.Dr. Ayhan Özdemir. Dengede bulunan kütle-yay sistemine uygulanan kuvvetin zamana göre değişimi aşağıda verilmiştir.

EM302 Yöneylem Araştırması 2 Doğrusal Olmayan Programlamaya Giriş. Dr. Özgür Kabak

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

İÇİNDEKİLER. Bölüm 2 CEBİR 43

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

Birinci Mertebeden Adi Diferansiyel Denklemler

MATLAB a GİRİŞ. Doç. Dr. Mehmet İTİK. Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

İleri Diferansiyel Denklemler

Nokta uzayda bir konumu belirtir. Noktanın 0 boyutlu olduğu kabul edilir. Herhangi bir büyüklüğü yoktur.

Ayrık zamanlı sinyaller için de ayrık zamanlı Fourier dönüşümleri kullanılmatadır.

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

SAYISAL KONTROL 2 PROJESİ

9.14 Burada u ile u r arasındaki açı ve v ile u θ arasındaki acının θ olduğu dikkate alınarak trigonometrik eşitliklerden; İfadeleri elde edilir.

KİNETİK ENERJİ, İŞ-İŞ ve ENERJİ PRENSİBİ

FEN FAKÜLTESİ MATEMATİK BÖLÜMÜ YAZ OKULU DERS İÇERİGİ. Bölümü Dersin Kodu ve Adı T P K AKTS

SAYISAL ANALİZ. Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ. Sayısal Analiz. Doç.Dr. Cüneyt BAYILMIŞ

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

Fizik 101: Ders 21 Gündem

İleri Diferansiyel Denklemler

1. Giriş. 2. Dört Rotorlu Hava Aracı Dinamiği 3. Kontrolör Tasarımı 4. Deneyler ve Sonuçları. 5. Sonuç

Chapter 1 İçindekiler

YAKIN DOĞU ÜNİVERSİTESİ. Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü ELE 210 BİLGİSAYAR UYGULAMALARI

İÇİNDEKİLER KISIM 1: BİRİNCİ MERTEBE ADİ DİFERENSİYEL DENKLEMLER

Fırçasız DC Motorun Optimal Durum-Uzayı Kontrolü

BTÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVARI DERSİ

Adi Diferansiyel Denklemler (MATH 262) Ders Detayları

MATLAB/Simulink ile Sistem Modellemesine Giriş

Newton un ikinci yasası: Bir cisim ivmesi cisim üzerine etki eden toplam kuvvet ile doğru orantılı cismin kütlesi ile ters orantılıdır.

MEKATRONİK VE KONTROL LABORATUARI DENEY FÖYÜ

MAK1010 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BİLGİSAYAR UYGULAMALARI

Bu uygulama saatinde, dinamik sistemlerin simülasyonu (benzetimi) için geliştirilmiş olan, oldukça kullanışlı bir arayüz, Simulink, tanıtılacaktır.

MATLAB DA SAYISAL ANALİZ DOÇ. DR. ERSAN KABALCI

TURGUT ÖZAL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ EEM201 DEVRE ANALİZİ I LABORATUARI. Deney 2. Süperpozisyon, Thevenin,

Bölüm 2. Bir boyutta hareket

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

1. GİRİŞ 1.1. GENEL BAKIŞ 1.2. KULLANICI ARAYÜZÜ

Temelleri. Doç.Dr.Ali Argun Karacabey

Transkript:

1) Giriş Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi Pendulum Deneyi.../../2015 Bu deneyde amaç Linear Quadratic Regulator (LQR) ile döner ters sarkaç (rotary inverted pendulum) sisteminin kontrol etmektir. Kontrolün temel amacı sarkacı yukarı pozisyonda tutabilmektir. Bu deneyde yapılacak işlemler aşağıda sıralanmıştır; Dönen ters sarkacın matematiksel modelinin çıkarılması LQR yönteminin kullanılması Matlab-Simulink yardımıyla gerçek zamanlı sistem kontrolü sarkaç sarkaç enkoderi Eyleyici ve enkoderi Bağlantı kolu Şekil 1 döner ters sarkaç sistemi Döner ters sarkaç sistemi şekil-1 de görülmektedir. Sistemin bir eyleyicisi bulunmaktadır. Bu eyleyici ile sarkaç dolaylı olarak hareket ettirilmektedir. Sarkacın biri düşey biri de dik olmak üzere iki denge noktası vardır. Düşey denge noktasında sistem kararlıdır fakat dik pozisyonda kararsızdır. Kontrolcü yardımıyla sistemin dik durumda sabit tutulması sağlanacaktır. Sistem parametreleri tablo1 de verilmiştir. Tablo 1 sistem parametreleri Bağlantı kolu açısı rad Sarkaç boyu 0.129 m Bağlantı kolu ağırlığı Bağlantı kolu boyu 0.095 kg 0.085 m Sarkaç ataleti 5.7e-5 Kg m 2 Yer çekim ivmesi 9.81 m s 2 Bağlantı kolu ataleti 5.7e-5 Kg m 2 Motor iç direnci 8.4 ohm Sarkaç açısı rad Motor akım-tork katsayısı 0.042 Nm/A Sarkaç ağırlığı 0.024kg Motor back-emf katsayısı 0.042 Vs/rad

Sistemin matematiksel modeli Euler-Lagrange yöntemi ile çıkarılabilir. Bu yöntemde sistemin toplam kinetik enerjisiyle (T) potansiyel enerjisinin (V) farkını Lagrangian (L) olarak tanımlarız. Ve Euler- Lagrange denklemine göre sistemi yazabiliriz. = = Döner sarkaç sistemi için genelleştirilmiş koordinatlara göre Euler-Lagrange denklemleri aşağıdaki gibi olur. Q1 ve Q2 için koordinatlara uygulanan kuvvetleri yazacağız. açısı için hem motorun kuvveti hem de negatif yönde sürtünme vardır. açısı için eyleyici olmadığından sadece negatif sürtünme vardır. Lagrangian ın türevini Euler-Lagrange denklemine göre alırsak ve bunları kuvvetlere (Q1,Q2) eşitlersek döner sarkacın hareket denklemlerini bulmuş oluruz. Motorun gerilime bağlı tork denklemi de aşağıda verilmiştir. Denklemler incelediğinde, sistemin iki adet ikinci derece diferansiyel denklemden oluştuğu görülmektedir. Dolayısıyla sistemi birinci derece denklemlere dönüştürürsek dört denklem olması gerekir. Bu da dört sistem değişkeni olması gerektiğini gösterir. = [ ]

Döner sarkacın hareket denklemlerine baktığımızda cos ve iki sistem değişkenin çarpımı görülmektedir. Dolayısıyla bu doğrusal olmayan yapı sistemi = + formunda yazmamıza engel olur. Sistemi çalışma noktasında doğrusallaştırmamız gerekir. Amacımız sarkacı dik pozisyonda tutmak olduğu için doğrusallaştırırsak. Doğrusal hareket denklemleri elde edilir. açısı 0 derece olacaktır. Bu noktaya göre Döner ters sarkacın doğrusal hareket denklemlerini çözülürse aşağıdaki gibi bulunur. ( = 0 = 0) 2) Doğrusal Sistem Modeli Doğrusal hareket denklemlerini State-space denklemlerine dönüştürmek istersek denklemlerimizi ve statelerimiz aşağıdaki gibi olacaktır. Ön çalışma 1 Döner ters sarkacın doğrusal hareket denklemlerini kullanarak parametrik olarak state matrislerini bulunuz. Çözümünüzü Çalışmalar başlığındaki gerekli yere yazınız. Bulduğunuz state matrislerindeki parametrelere tablo1 deki sayısal değerleri yazarak sonuçları aşağıda verilen A ve B matrisleriyle karşılaştırınız.

3) LQR LQR, durum geri besleme kontrol yöntemidir. Kontrol kuralını kullanılır. şeklinde K katsayısını maliyet fonksiyonunun (J) minimize edecek şekilde bulur. Dolayısıyla optimal bir kontrol yöntemidir. Q matrisi state sayısı kadar köşegen kare matristir. Ve R skaler sayısdır. Q matrisi statelerin maliyet fanksiyonundaki ağırlığını gösterir, R ise girişin maliyet fonksiyonundaki ağırlığını gösterir. Matlabda LQR fonksiyonu bulunmaktadır. Verilen A, B sistem matrisleri ve Q, R parametrelerine göre K kazanç değerlerin bulmaktadır. (detay için Matlab >> help lqr) 4) Simulasyon Çalışması pendulum_file_sim.slx (simulink dosya uzantısı eski sürümler için *.mdl yeni sürümler için *.slx dir. ) dosyası üzerinde LQR gain bloğu içine hesapladığınız K katsayıları yazınız. ( köşeli parantez içinde yazmayı unutmayınız.) Simülasyonu çalıştırmadan önce kullanılacak parametrelerin workspace de bulunması gerekiyor. Bunun için pendulum_setup.m dosyasını çalıştırmayı unutmayınız. Şekil 2 pendulum_file_sim simulasyon dosyası Ön çalışma 2 pendulum_setup.m dosyasının sonunda lqr katsayısını hesaplamanız gerekmektedir. Gerekli kodu yazarak K katsayılarını burada bulabilirsiniz. Bulduğunuz K katsayılarını simulasyonda deneyiniz. Faklı Q ve R parametrelerine göre kontrolcü davranışını gözlemlemeyiniz ve simülasyon sonuçlarını çalışmalar başlığındaki gerekli yere yazınız.

5) Laboratuvar Çalışması Ön çalışmada pendulum_file_sim.slx dosyası üzerinde yaptığınız işlemi pendulum_file_real.slx dosyası üzerinde tekrarlayınız. Bu dosya Quanser Qube servo kartı ile sinyal iletişimde bulunmaktadır. Simulink ile Quarc gerçek zamanlı sistem kontrolü hakkında dikkat edilmesi gereken bilgiler Quarc- Ekler kısmında bulunmaktadır. Şekil 3 "pendulum_file_real" simulink dosyası Deney çalışması 1 Ön çalışma 2 de kullandığınız Q ve R parametreleri için gerçek zamanlı kontrolü tekrarlayınız ve sonuçlarınızı çalışmalar başlığındaki gerekli yere yazınız. a) 6) Sorular b) c)

Çalışmalar Ön çalışma 1 Ön çalışma 2 Q R Ts OS Rise time kontrol sinyali max değeri

Durum değişkenlerinin ve kontrol sinyalinin değişimini çiziniz. Deney çalışması 1 Q R Ts OS Rise time kontrol sinyali max değeri

Durum değişkenlerinin ve kontrol sinyalinin değişimini çiziniz. a) Sorular b) c)