PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM KONTROLÜNDE ALGILAYICI VE UYARICI OLARAK KULLANILMASI

Benzer belgeler
PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM ÖZELLİKLERİNİN BULUNMASINDA ALGILAYICI OLARAK KULLANILMASI ABSTRACT

AKILLI BİR PLAKANIN SERBEST VE ZORLANMIŞ TİTREŞİMLERİNİN KONTROLÜ

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF FIRST TWISTING MODE OF A SMART PLATE

AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM KONTROLÜNDE UZAMSAL ve NOKTASAL DENETÇİLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

AKILLI BİR KİRİŞİN UZAMSAL SİSTEM MODELİNİN ELDE EDİLMESİ

(SPATIAL SYSTEM IDENTIFICATION OF A SMART BEAM)

AKILLI BİR KİRİŞİN STATİK AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞI

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

SMART STRUCTURES APPLICATIONS

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİMLERİNİN AKTİF DENETİMİ İÇİN PI λ D µ ve PID DENETÇİLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ

KARA/DENİZ/HAVA-UZAY PLATFORMLARINDAKİ KARMAŞIK SINIR KOŞULLU YAPILAR İÇİN AKTİF TİTREŞİM KONTROL SİSTEMİNİN TASARIMI VE ENİYİLEŞTİRİLMESİ

Hava Aracının Üzerinden Titreşim Kaynaklı Enerji Hasatı Çalışmaları

Volkan Nalbantoğlu. E-posta:

AKILLI YAPILAR YARDIMIYLA AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜ. Tarkan Çalışkan Havacılık Mühendisliği Bölümü, ODTÜ, 06531, Ankara

AKILLI YAPILARIN ZORLANMIŞ TİTREŞİMLERİNİN AKTİF KONTROLU

PİEZOELEKTRİK KUMANDA ELEMANI VE ALGILAYICI İÇEREN ESNEK BİR KİRİŞİN AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜNÜN SİMÜLASYONU

Hava Yapıları Üzerinden Farklı Tip Piezoelektrik Malzemeler Kullanılarak Enerji Hasatı Çalışmaları

SANDVİÇ KOMPOZİT PLAKA ÜZERİNDE AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜ AMACIYLA KULLANILACAK PİEZOELEKTRİK YAMALARIN YERLERİNİN BELİRLENMESİ

Musa DEMİRCİ. KTO Karatay Üniversitesi. Konya

KOMPOZĐT VE SANDVĐÇ KĐRĐŞLERDEKĐ HASAR ŞĐDDETĐNĐN TĐTREŞĐM BAZLI ANALĐZLER VE YAPAY SĐNĐR AĞLARI ĐLE TESPĐTĐ

LAZER SENSÖRLERLE BİR ROBOTUN DOĞAL FREKANSLARININ VE STATİK ÇÖKMELERİNİN ÖLÇÜMÜ

PİEZOELEKTRİK MALZEMELER YARDIMIYLA ENERJİ HASATI

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

HARAKETLİ YÜK PROBLEMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

YAPI MEKANİĞİ LABORATUVARI

Farklı Karakteristikli Piezoelektrik Algılayıcıların Dinamik Performanslarının Karşılaştırılması

AKILLI BİR PLAKANIN TİTREŞİMLERİNİN SÖNÜMLENMESİNDE BAĞIMSIZ ÇALIŞAN PİEZOELEKTRİK YAMALARIN ETKİSİ

Kiriş Benzeri Yapılarda Titreşim Temelli Analizler ve Yapay Sinir Ağları ile Hasar Tespiti

Ankastre Bir Kirişin Aktif Titreşim Kontrolü

ODTÜ'DE YAPILAN İNSANSIZ HAVA ARACI ÇALIŞMALARI

Hazırlayan: Tugay ARSLAN

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

Prof. Dr. Yavuz YAMAN, Prof. Dr. Serkan ÖZGEN, Doç. Dr. Melin ŞAHİN Y. Doç. Dr. Güçlü SEBER, Evren SAKARYA, Levent ÜNLÜSOY, E.

DEPREMLERİN KAYIT EDİLMESİ - SİSMOGRAFLAR -

RF MİKROELEKTRONİK GÜRÜLTÜ

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LAB 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ 1 DENEYİ. Amaç:

BÖLÜM 4 TEK SERBESTLİK DERECELİ SİSTEMLERİN HARMONİK OLARAK ZORLANMIŞ TİTREŞİMİ

BÖLÜM IX DALGA MEYDANA GETİRME USULLERİ

roketsan SAVUNMA SANAYİİNDE FİZİK MÜHENDİSLİĞİ VE EĞİTİMİNDEN BEKLENTİLER Roketsan Roket Sanayii ve Ticaret A.Ş.

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

Araştırma Geliştirme Ltd. Şti. - Firma Tanıtım Sunumu -

Direnç(330Ω), bobin(1mh), sığa(100nf), fonksiyon generatör, multimetre, breadboard, osiloskop. Teorik Bilgi

ANALİTİK MODEL GÜNCELLEME YÖNTEMİ KULLANILARAK KÖPRÜLERİN HASAR TESPİTİ

Prof.Dr. BEYTULLAH TEMEL

MAK669 LINEER ROBUST KONTROL

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

EEM 311 KONTROL LABORATUARI

ELEKTRİK ENERJİ SİSTEMLERİNDE OLUŞAN HARMONİKLERİN FİLTRELENMESİNİN BİLGİSAYAR DESTEKLİ MODELLENMESİ VE SİMÜLASYONU

GÖREVE UYUMLU KANATLARA SAHİP BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ, UÇUŞ TESTLERİ VE YAPISAL GELİŞTİRİLMESİ

EEM 202 DENEY 9 Ad&Soyad: No: RC DEVRELERİ-II DEĞİŞKEN BİR FREKANSTA RC DEVRELERİ (FİLTRELER)

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLARIN AERODİNAMİK VE YAPISAL TASARIMI

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

Plazma İletiminin Optimal Kontrolü Üzerine

Ölçme Kontrol ve Otomasyon Sistemleri 10

Güç Spektral Yoğunluk (PSD) Fonksiyonu

Karayolu Köprülerinin Modal Davranışına Kutu Kesitli Kiriş Şeklinin Etkisi Doç. Dr. Mehmet AKKÖSE

Ferroelektrik Mems Jiroskopun Sonlu Elemanlar Analizi İle Modellenmesi Ve Simulasyonu

AKILLI MALZEMELER ve HAVACILIK

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

ELASTİK DALGA YAYINIMI

KST Lab. Shake Table Deney Föyü

HELİKOPTER ALT YAPILARININ DİNAMİK ANALİZİ İÇİN DÜŞÜK DERECEDE MODELLEME

EEM 451 Dijital Sinyal İşleme LAB 3

17 AĞUSTOS 1999 KOCAELİ DEPREMİNDE HASAR ALAN BİNADA KAT GEÇİRGENLİK FONKSİYONLARIYLA HASAR TANILAMA

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

Optik Modülatörlerin Analizi ve Uygulamaları Analysis of the Optical Modulators and Applications

ÖLÇME VE DEVRE LABORATUVARI DENEY: 9. --İşlemsel Yükselteçler

KST Lab. Manyetik Top Askı Sistemi Deney Föyü

PİEZOELEKTRİK EYLEYİCİ İLE TETİKLENEN GÜVE BÖCEĞİ KANADIN AERODİNAMİK KUVVET DENEYSEL OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI

ARIADNE KC-01 Vuruntu Kontrolü

MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

MKT5001 Seminer Programı

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 9 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI DOKTORA PROGRAMI

ELEKTRO-HİDROLİK YÜK SİMÜLATÖRÜ İÇİN GERİBESLEME DOĞRUSALLAŞTIRMA YÖNTEMİ İLE KUVVET KONTROLÜ TASARIMI

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

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

ELE 301L KONTROL SİSTEMLERİ I LABORATUVARI DENEY 4B: DC MOTOR TRANSFER FONKSİYONU VE PARAMETRELERİNİN ELDE EDİLMESİ

Electronic Letters on Science & Engineering 3(1) (2007) Available online at

tarih ve 548 sayılı Eğitim Komisyonu Kararı Eki-2-A

İçerik. Ürün no.: SLS46CI-70.K28-M12 Güvenlik tek ışın fotoelektrik sensör verici

İŞARET ve SİSTEMLER (SIGNALS and SYSTEMS) Dr. Akif AKGÜL oda no: 303 (T4 / EEM)

Titreşim Deney Düzeneği

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

Manyetostatik algılayıcılar Manyetostatik algılayıcılar DC manyetik alan ölçüm prensibine göre çalışırlar. Bu tip algılayıcılar Manyetik endüktif

DERİNER BETON KEMER BARAJI NIN DENEYSEL DİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ

EEM 452 Sayısal Kontrol Sistemleri /

KONVANSİYONEL OLMAYAN İKİ FARKLI KONTROL YÜZEYİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE KARŞILAŞTIRILMASI

Online teknik sayfa. C4P-SA10510A detec4 Prime GÜVENLI IŞIK BARIYERLERI

BAL PETEĞİ SANDVİÇ KOMPOZİT YAPILARIN DİNAMİK ANALİZİ

DENEYSEL MODAL ANALİZ YÖNTEMİ İLE DÜZLEM ÇERÇEVELERİN DİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

Zorlamalı Titreşim ş Testleri

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

5. (10 Puan) Op-Amp devresine aşağıda gösterildiği gibi bir SİNÜS dalga formu uygulanmıştır. Op-Amp devresinin çıkış sinyal formunu çiziniz.

SILENT Serisi YENİ MİNİ AKSİYAL FANLAR (BANYO, WC FANLARI) Montaj Örnekleri SILENT-100 SILENT-200 SILENT-300

Bölüm 12 İşlemsel Yükselteç Uygulamaları

BOŞTA HAREKET DOĞRUSALSIZLIĞI BULUNAN, GÖREVE UYUMLU KONTROL YÜZEYLERİNİN ÇIRPMA YÖNÜNDEN İNCELENMESİ

Transkript:

14. ULUSAL MAKİNA TEORİSİ SEMPOZYUMU, UMTS29 Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kuzey Kıbrıs Kampusu, 2-4 Temmuz 29 PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM KONTROLÜNDE ALGILAYICI VE UYARICI OLARAK KULLANILMASI Uğur Arıdoğan *,**, Melin Şahin **, Volkan Nalbantoğlu **,*** ve Yavuz Yaman ** (*) Havelsan A.Ş., Simülatör ve Eğitim Sistemleri Grup Başkanlığı, 652 ANKARA (**) Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü, 6531 ANKARA (***) Aselsan A.Ş., Mikroelektronik, Güdüm ve Elektro-Optik Grup Başkanlığı, 611 ANKARA maridogan@havelsan.com.tr, msahin@metu.edu.tr, vnalbant@mgeo.aselsan.com.tr yyaman@metu.edu.tr ÖZET Bu bildiride, akıllı bir kirişin titreşim kontrolünde piezoelektrik (PZT) yamaların algılayıcı ve uyarıcı olarak kullanılması sunulmuştur. Akıllı kiriş olarak tanımlanmış yapı, piezoelektrik yamaların tek ucu tutturulmuş ve diğer ucu serbest olan alüminyum kirişin her iki yüzeyine simetrik olarak yapıştırılmasıyla oluşturulmuştur. Piezoelektrik malzemeler, boyutsal şekil değişikliklerine zorlandıklarında elektrik sinyali ürettikleri gibi elektriksel alana maruz bırakıldıklarında da boyutsal değişiklik meydana getirmektedirler. Bu özellikler piezoelektrik malzemelerin algılayıcı ve uyarıcı olarak kullanılmasını sağlamaktadır. Çalışmamızda öncelikle, piezoelektrik yamalar algılayıcı ve uyarıcı olarak kullanılarak sistemin frekans cevabı elde edilmiş ve analitik sistem modeli bulunmuştur. Daha sonra, bu sistem modeli kullanılarak gürbüz kontrolcü tasarımı yapılmıştır. Son olarak, akıllı kirişin serbest ve ilk rezonans frekansındaki zorlanmış titreşim sonuçları açık ve kapalı döngüler olarak verilmiştir. Anahtar Sözcükler: Akıllı kiriş, piezoelektrik algılayıcı, sistem tanımlaması, gürbüz kontrolcü, titreşim sönümlenmesi ACTIVE VIBRATION CONTROL OF A SMART BEAM USING PIEZOELECTRIC SENSOR AND ACTUATOR ABSTRACT In this paper, an active vibration control of a smart beam using piezoelectric (PZT) sensor and actuator is presented. The smart beam is a cantilever aluminum beam with symmetrically surfacebonded piezoelectric patches. Piezoelectric materials can transform mechanical deformation to electric signal and vice versa. This property of piezoelectric materials enables them to be employed as sensors and actuators. In our study, frequency response of the system is obtained by using piezoelectric patches as sensor and actuator. Then, analytical system model is acquired from this measured frequency response. Following this, robust controller is designed for the active vibration control of the smart beam. Finally, free and the first resonance frequency forced vibration results of open and closed loop are presented. Keywords: Smart beam, piezoelectric sensor, system identification, robust controller, vibration suppression 1. GİRİŞ Piezoelektrik malzemelerdeki son teknolojik gelişmeler birçok araştırmacıyı, dışarıdan gelen uyarıları algılayabilen ve bu uyarılara aktif denetim mekanizmaları yardımıyla müdahale edebilen ve akıllı yapılar olarak da tanımlanan bu yapılar ve uygulamaları üzerinde çalışmaya yöneltmiştir [1]. Havacılık ve uzay yapıları, aeroelastik özellikleri sebebiyle dışarıdan gelen uyarılar altında yapısal hasara uğrayabilirler. Bu hasarın önlenmesine yönelik çalışmalarda piezoelektrik malzemeler özellikle yapısal

14. ULUSAL MAKİNA TEORİSİ SEMPOZYUMU, UMTS29 Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kuzey Kıbrıs Kampusu, 2-4 Temmuz 29 titreşimlerin sönümlenmesinde sıklıkla kullanılmaktadır [2,3,4]. Orta Doğu Teknik Üniversitesi Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümünde yapılan daha önceki çalışmalarda kiriş ve plaka benzeri yapıların titreşim kontrolünde lazer ile yer değiştirme ölçüm cihazı veya uzama ölçerler algılayıcı olarak kullanılırken tüm bu çalışmalarda piezoelektrik yamalar da uyarıcı olarak kullanılmıştır [5,6]. Bahsi geçen PZT yamalara elektriksel alan uygulandığında boyutlarında değişiklik meydana gelmekte ve bu özellikleri nedeniyle uyarıcı olarak kullanılabilmektedirler. Bu yamalar ayrıca mekanik şekil değişikliklerine zorlandıklarında elektrik sinyali üretmeleri sebebiyle algılayıcı olarak da kullanılabilirler [7]. Bu çalışmada ise, piezoelektrik yamaların akıllı bir kirişin aktif titreşim kontrolünde hem algılayıcı hem de uyarıcı olarak kullanıldığı durum incelenmektedir. Çalışmanın ilk bölümünde üzerinde PZT yamalar bulunan akıllı kirişin frekans cevabı elde edilmiş ve analitik sistem modeli çıkarılmıştır. Daha sonra bir gürbüz kontrolcü tasarlanmış ve sistemde kullanılmıştır. Son olarak da, akıllı kirişin serbest ve ilk rezonans frekansındaki zorlanmış titreşim sonuçları açık ve kapalı döngüler olarak verilmiştir. 2. AKILLI KİRİŞ Akıllı kiriş (Şekil 1), 8 adet 25x1x.5 mm boyutlarında Sensortech BM5 tipi PZT (Lead-Zirconate-Titanate) yamanın (Şekil 2) 49x51x2 mm boyutlarında tek ucu tutturulmuş ve diğer ucu serbest olan alüminyum kirişin her iki tarafına dörder adet ve simetrik olarak yapıştırılmasıyla oluşturulmuştur (Şekil 3). Bu akıllı kiriş uygulamasında PZT yamaların birbirlerinden bağımsız olarak kullanılabilmeleri için alüminyum kirişle aralarına ince yalıtkan tabakalar yerleştirilmiştir. Böylece her PZT yamanın diğer yamalardan bağımsız (ya da kullanım amacına göre istenirse birlikte) algılayıcı ya da uyarıcı olarak kullanılabilmesi sağlanmıştır. Çalışmada öncelikle, akıllı kiriş üzerinde bulunan PZT yamaların bulundukları yüzeye ve konumlarına göre adlandırılmaları yapılmıştır. (Şekil 3). Daha güçlü uyarıcı etkinliği sağlanmak amacıyla 4 adet PZT yama uyarıcı olarak kullanılmıştır. Bu yamalar Şekil 3 teki adlandırılmalarıyla 1A, 1B, 4A ve 4B dir. Algılayıcı olarak ise bir adet PZT yama (2A) kullanılmıştır. Şekil 1. Akıllı Kiriş Şekil 2. BM5 PZT Yama Şekil 3. PZT Yamaların Adlandırılması

14. ULUSAL MAKİNA TEORİSİ SEMPOZYUMU, UMTS29 Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kuzey Kıbrıs Kampusu, 2-4 Temmuz 29 3. DENEYSEL MODELLEME Uyarıcı olarak kullanılan 4 adet PZT yamaların tümü (yani 2 adet bimorf konfigürasyonda) 2 Hz. 48 Hz. frekans aralığındaki sinüs dalgalarıyla uyarılmış ve algılayıcı olarak kullanılan PZT yamadan ölçüm alınmıştır. Sistemin frekans cevabı Brüel & Kjaer 356-5 PULSE platformu kullanılarak elde edilmiş ve ölçümlenen bu frekans cevabı kullanılarak MATLAB R27b programı yardımıyla analitik bir model oluşturulmuştur. Denklem 1 akıllı kirişin en küçük kareler yöntemi kullanılarak bulunan 6. dereceden transfer fonksiyonunu göstermektedir. Bu modelin elde edilmesinde PZT yama grubu (1A, 1B, 4A ve 4B) uyarıcı ve bir adet PZT (2A) yama da algılayıcı olarak kullanılmıştır. Şekil 4 te deneysel olarak elde edilen frekans cevabı ile oluşturulmuş analitik modelin frekans cevabı gösterilmiştir. 4. KONTROLCÜ TASARIMI Bu bölümde akıllı kirişin serbest ve ilk rezonans frekansındaki zorlanmış titreşimlerinin kararlı şekilde aktif olarak bastırılması amaçlayan H gürbüz kontrolcüsünün tasarımı açıklanmıştır. H denetçi tasarımında amaç, sistemin girdileri olarak modellenen gürültü sinyalleri ile çıktıları olarak belirlenen hata sinyalleri arasındaki ilişkiyi tanımlayan transfer fonksiyonun H normunun minimize edilmesidir. Kontrolcü tasarımında kullanılan blok diyagram Şekil 5 te verilmiştir. Bu blok diyagramda sistem ve kontrolcü blokları dışında sistem belirsizliğini, sistem girdi ve çıktılarının ağırlıklarını ve beklenen performans değerini içeren bloklar da bulunmaktadır. Sistemin yüksek frekans dinamikleri belirsizlik olarak W m bloğunda gösterilmiştir. Sisteme giren tahrik ağırlığı W d ve gürültü ağırlığı da W n ile ifade edilmiştir. Sistemden beklenen performans ise W p bloğuyla kontrolcü tasarımına eklenmiştir. Tahrik ve performans ağırlıkları ile belirsizlik blokları kontrolcünün kararlı bir şekilde akıllı kirişin titreşimlerini sönümlendirebilmeleri için seçilmiştir, bu blokların frekans cevapları Şekil 6 da gösterilmiştir. Şekil 6 da görülebileceği gibi kontrolcüden beklenen ilk rezonanz frekansında titreşimin sönümlenmesi olduğu için performans ve tahrik ağırlıkları alçak filtre şeklindedir. Gürültü ağırlığı (W n ).1 olarak, kontrolcü çıktsını sınırlı tutmak için kullanılan W a ise.3 olarak seçilmiştir. Akıllı kirişin titreşiminin H kontrolcüsü ile sönümlenmesindeki etkinliği Şekil 7 de gösterilmiş ve ilk eğilme titreşim biçiminin sönümlenme seviyesi -7 db olarak belirlenmiştir. 2-2 -4-6 5 1 15 2 25 3 35 4 45 1 Faz (Derece) -1-2 5 1 15 2 25 3 35 4 45 Deneysel Model Analitik Model Şekil 4. Deneysel ve Analitik Modellerin Frekans Cevabı

Arıdoğan, Şahin, Nalbantoğlu ve Yaman UMTS29 6 5 4 4 3 7 2 7 1.5513s +.2846s + 467s + 1.517 1 s + 1.586 1 s + 2.877 1 s + 1.567 1 G ( s) = (1) 6 5 4 4 5 3 8 2 8 11 s + 4.922s + 6.611 1 s +1.89 1 s + 2.294 1 s +1.815 1 s + 2.44 1 Şekil 5. Kontrolcü Blok Diyagramı 5-5 -1-15 W p -2 1 1 1 1 2-2 -25-3 -35-4 W m -45 1 1 1 1 2-5 -1-15 W d -2 1 1 1 1 2 Şekil 6. Kontrolcü Tasarımında Seçilen Blokların Frekans Cevapları

14. ULUSAL MAKİNA TEORİSİ SEMPOZYUMU, UMTS29 Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kuzey Kıbrıs Kampusu, 2-4 Temmuz 29-1 -2-3 -4-5 Açık Döngü Kapalı Döngü 5 1 15 2 25 3 35 4 45 Şekil 7. Açık ve Kapalı Döngü Frekans Cevabı 5. DENEY DÜZENEĞİ Kontrolcü uygulaması için Şekil 8 de gösterilen düzenek oluşturulmuştur. Bu düzenekte, 4 kanallı Sensortech SS1 programlanabilir kontrolcü, algılayıcı voltaj girdisi ve uyarıcı voltajın çıktısı gösterilmiştir. Uyarıcı voltaj programlanabilir kontrolcü çıkışında SA1 yüksek voltaj yükseltici yardımıyla 3 kat arttırılmıştır. SA1 voltaj yükseltici SA21 güç kaynağıyla beslenmektedir. Algılayıcı voltajının doğru şekilde programlanabilir güç kaynağına beslenebilmesi için op-amp devresi oluşturulmuştur. Bu op-amp devresinden geçen algılayıcı voltajı, programlanabilir kontrolcüye gönderilmiştir. Op-amp devresi devre-tahtası üzerine kurulmuş olup, çift kutuplu sabit voltaj kaynağıyla çalıştırılmaktadır. Şekil 8. Kontrolcü Düzeneği

Arıdoğan, Şahin, Nalbantoğlu ve Yaman UMTS29 6. AKILLI KİRİŞ İÇİN DENEYSEL TİTREŞİM KONTROL ÇALIŞMALARI 6.1. Serbest Titreşim Kontrolü Titreşim kontrol çalışmalarının ilk bölümü olan serbest titreşim deneylerinde akıllı kirişin serbest ucuna 5 mm lik bir yer değiştirme verilmiş ve bu yer değişimi sonucunda sistemin verdiği zaman cevapları açık ve kapalı döngü için ölçülmüştür. Kontrolcünün çalışmadığı ve kirişin tamamen serbest titreşime bırakıldığı durum açık döngü, kontrolcünün çalıştığı ve kirişin PZT yamalar ile uyarılarak titreşimin sönümlenmeye çalışıldığı durum ise kapalı döngü olarak tanımlanmıştır. Şekil 9 da akıllı kirişin serbest ucuna uygulanan yer değiştirme ve sıfır hız sonunda elde edilen açık ve kapalı döngü zaman cevapları gösterilmiştir. 6.2. Zorlanmış Titreşim Kontrolü Deneysel titreşim çalışmalarının ikinci bölümünde akıllı kiriş ilk rezonans frekansında (yaklaşık 6.78 Hz.) 3A ve 3B olarak adlandırılan PZT yamalar bimorf konfigürasyonunda kullanılarak sinüs dalgası ile 2 saniye uyarılmış ve bu uyarım süresince kontrolcü zorlanmış titreşimin sönümlenmesi için çalıştırılmıştır. Şekil 1 akıllı kirişin ilk rezonans frekansındaki zorlanmış titreşim sonuçlarını açık ve kapalı döngüler olarak vermektedir. Şekil 9. Serbest Titreşimin Açık ve Kapalı Döngü Zaman Cevabı Şekil 1. Zorlanmış Titreşimin Açık ve Kapalı Döngü Zaman Cevabı

14. ULUSAL MAKİNA TEORİSİ SEMPOZYUMU, UMTS29 Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kuzey Kıbrıs Kampusu, 2-4 Temmuz 29 7. SONUÇLAR 5. Şahin, M., Karadal, F. M., Yaman, Y., Kırcalı, Ö.F., Nalbantoğlu, V., Ülker, Bu bildiride, akıllı bir kirişin titreşim D.F., and Çalışkan, T., Smart Structures kontrolünde PZT yamaların algılayıcı ve and Their Applications on Active uyarıcı olarak kullanılması, kirişin serbest ve Vibration Control: Studies in the ilk rezonans frekansındaki zorlanmış Department of Aerospace Engineering, titreşimlerinin kararlı bir şekilde aktif olarak METU, Journal of Electroceramics, bastırılmasını amaçlayan gürbüz kontrolcü 2(3-4), 28, 167-174. uygulaması deneysel olarak gösterilmiştir. A kıllı kirişin serbest titreşiminin sönümlenmesi açık döngü düzeneğinde 3 saniyeden fazla sürdüğü halde kapalı döngü düzeneğinde bu titreşimin 2 saniyeden daha kısa bir süre içerisinde sönümlendiği gözlenmiştir.akıllı kirişin ilk rezonans frekansındaki zorlanmış titreşimleri göz önüne alındığında ise kapalı döngü düzeneği ile elde edilen titreşim genliği açık döngü düzeneğindekine göre yaklaşık %75 lik bir oranda azalma göstermiştir. Sonuç olarak bu çalışma ile, PZT yamaların algılayıcı ve uyarıcı olarak kullanıldığı H kontrolcü uygulamasının akıllı kirişin titreşimlerinin aktif kontrolünde hedeflendiği gibi etkin bir şekilde çalıştığı gösterilmiştir. 8. KAYNAKÇA 1. Crawley, E. F., Luis, J., Use of Piezoelectric Actuators as Elements of Intelligent Structures, AIAA Journal, 25(1),1987, 1373-1385. 2. Canfield, R. A., Morgenstern S. D., Kunz, D. L., Alleviation of Buffetinduced Vibration using Piezoelectric Actuators, Computers and Structures, 86, 28, 281-291. 3. Suleman A. and Costa A. P., Adaptive Control of an Aeroelastic Flight Vehicle using Piezoelectric Actuators, Computers and Structures, 82, 24, 133-1314. 4. Mehrabian A. R. and Koma-Yousefi A., A novel technique for optimal placement of piezoelectric actuators on smart structures, Journal of the Franklin Institute, 29 (available online). 6. Kırcalı, Ö.F., Yaman, Y., Nalbantoğlu, V., Şahin, M., Karadal, F. M., and Ülker, F. D., Spatial Control of a Smart Beam, Journal of Electroceramics, 2(3-4), 28, 175-185. 7. Yang, J., An Introduction to the Theory of Piezoelectricity. Vol. 9., New York: Springer, 25.