Sistem Dinamiği. Bölüm 1- Sistem Dinamiğine Giriş. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

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

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

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

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

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

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

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

DİNAMİK - 1. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Sistem Dinamiği ve Simülasyon

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

Mekatroniğe Giriş Dersi

Kontrol Sistemlerinin Analizi

Sayısal Yöntemler (MFGE 301) Ders Detayları

DENİZ HARP OKULU TEMEL BİLİMLER BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

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

Kontrol Sistemleri (EE 326) Ders Detayları

DİNAMİK - 7. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

DENİZ HARP OKULU TEMEL BİLİMLER BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

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

DENEY.3 - DC MOTOR KONUM-HIZ KONTROLÜ

MAT 202-DİFERENSİYEL DENKLEMLER-Güz Dönemi. Ders Uygulama Planı. -

MM 409 MatLAB-Simulink e GİRİŞ

ZENİ. : Yrd.Doç.Dr. Meral Bayraktar. : :

DENİZ HARP OKULU ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

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

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

DC Beslemeli Raylı Ulaşım Sistemlerinin Simülasyonu

Sinyaller ve Sistemler (EE 303) Ders Detayları

HATA VE HATA KAYNAKLARI...

FEN BİLİMLERİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

Bölüm 2. Bir boyutta hareket

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SİVİL HAVACILIK ANABİLİM DALI YENİ DERS ÖNERİSİ/ DERS GÜNCELLEME

Ölçme Kontrol ve Otomasyon Sistemleri 2

BMÜ-421 Benzetim ve Modelleme MATLAB SIMULINK. İlhan AYDIN

NX Motion Simulation:

DİNAMİK Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

Diferansiyel Denklemler (MATH 276) Ders Detayları

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

EEM211 ELEKTRİK DEVRELERİ-I

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

DENİZ HARP OKULU TEMEL BİLİMLER BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

SOLIDWORKS SIMULATION EĞİTİMİ

SHA 606 Kimyasal Reaksiyon Akışları-II (3 0 3)

Sinyal Analizi ve Kontrol (AEE303) Ders Detayları

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

ÇEV 2006 Mühendislik Matematiği (Sayısal Analiz) DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü Doç.Dr. Alper ELÇĐ

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

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

TRANFER FONKSİYONLARI SİSTEMLERİN MATEMATİKSEL MODELİ BASİT SİSTEM ELEMANLARI

1. Hafta SAYISAL ANALİZE GİRİŞ

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

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

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

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. Dinamik sistemlerin Kontrolü ve Modellemesi MK-413 4/Güz (3+0+0) 3 5

RİJİT CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ: ENERJİNİN KORUNUMU

Diferansiyel Denklemler (MATH 276) Ders Detayları

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

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

Diferansiyel Denklemler (MATH 276) Ders Detayları

2 MALZEME ÖZELLİKLERİ

Kalkülüs I (MATH 151) Ders Detayları

SAYISAL KONTROL 2 PROJESİ

DİNAMİK - 2. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

Prof.Dr. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU.

Yrd. Doç. Dr. A. Burak İNNER

Adi Diferansiyel Denklemler (MATH 262) Ders Detayları

Süreç Modelleme, Dinamiği ve Kontrolü (CEAC 407) Ders Detayları

SAYISAL ÇÖZÜMLEME. Sayısal Çözümleme

İÇİNDEKİLER KISIM 1: BİRİNCİ MERTEBE ADİ DİFERENSİYEL DENKLEMLER

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

Sayısal Yöntemler (COMPE 350) Ders Detayları

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: CME 3008

ELEKTRİK ENERJİ SİSTEMLERİNDE OLUŞAN HARMONİKLERİN FİLTRELENMESİNİN BİLGİSAYAR DESTEKLİ MODELLENMESİ VE SİMÜLASYONU

Deprem Mühendisliği (CE 527) Ders Detayları

1.Sınıf / Güz Dönemi

4. HAFTA BLM323 SAYISAL ANALİZ. Okt. Yasin ORTAKCI.

Kalkülüs I (MATH 151) Ders Detayları

Ders Adı Kodu Yarıyılı T+U Saati Ulusal Kredisi AKTS. Process Control EEE

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MAT 5002

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

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

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

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

İleri Diferansiyel Denklemler

Karadeniz Teknik Üniversitesi

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MAT 5001

MATLAB DA SAYISAL ANALİZ DOÇ. DR. ERSAN KABALCI

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ BLOK DİYAGRAM İNDİRGEME KURALLARI

MATLAB/Simulink ile Sistem Modellemesine Giriş

Sistem nedir? Başlıca Fiziksel Sistemler: Bir matematiksel teori;

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

KST Lab. Shake Table Deney Föyü

BÖLÜM 6 LAPLACE DÖNÜŞÜMLERİ

Transkript:

Sistem Dinamiği - Sistem Dinamiğine Giriş Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

Sunumlarda kullanılan semboller: El notlarına bkz. Yorum Soru MATLAB Bolum No.Alt Başlık No.Denklem Sıra No Denklem numarası Şekil No Şekil numarası Dikkat Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN YTÜ-Mekatronik Mühendisliği MKT3131-Sistem Dinamiği 2

İlgili konular: Diferansiyel denklemler İşaret ve sistemler Laplace ve Fourier Dönüşümleri Statik-Dinamik Elektrik Devreleri 3

Ders Kaynakları: Ana ders kitabı: Systems Dynamics, William J Palm III, 3th edition, McGraw Hill, 2013 Diğer kaynaklar: Norman S. Nise. Control Systems Engineering, 6ed, Wiley, 2011 Ogata K. System Dynamics, 4th Edition, Prentice Hall,2004. Ogata K. Sistem Dinamiği, Palme Yayıncılık, 2013 4

içeriği: Sistem Dinamiğine giriş Birimler Lineer (doğrusal) model geliştirme Fonksiyon tanımlama ve parametre tahmini 5

1.1. Sistem Dinamiğine Giriş

Giriş: Sistem dinamiği: Sistemlerin matematiksel model ve analizleri Bunları zamana bağlı davranışları ile ilgilenir. Bir sistemin dinamik davranışının doğru modellenmesi ve analizi o sistemin kontrolü ile yakından ilişkilidir. 7

1.1.1 Sistemler: Belirli bir işlevi yerine getirmek üzere biraraya getirilmiş elemanlar topluluğuna SİSTEM denir. SORU: Bir bisikletin mekanizmasındaki bir link sistem midir? 8

Odak: Tüm sistem düşünüldüğünde elemanların arasında nasıl bir ilişki var ve bu ilişkinin sistem davranışına olan etkisi nedir? 9

Sistem mi? Değil mi? f=bh m f: akış debisi h: yükseklik Şekil 1.1.1 10

İki tankın akış debileri birbirini etkiler SİSTEM Şekil 1.1.2 11

Simülasyon diyagramı veya blok diyagram f1 Alt sistem 1 (Tank 1) h1 Alt sistem 2 (Tank 2) f2 h2 Değişkenler, Bu diyagramlar diferansiyel denklemleri temsil eder 12

1.1.2. Giriş ve çıkış: Giriş nedendir. Çıkış bir etkidir. Örnek: Bisiklet pedalına uygulanan kuvvet giriş... Bisikletin hızı çıkış... 13

Sistem davranışı: Giriş ile çıkış arasındaki ilişki, Giriş çıkışı nasıl etkiliyor? Nedenà etki Newton un ikinci kuralı: a=f/m Giriş:? Çıkış:? 14

Giriş, çıkış ve sistem sınır koşulları: 15

Giriş Çıkış ilişkilerinin geri dönüştürülebilirliği: Akım gerilim ilişkisi: i=v/r, V=i.R à Geri dönüştürülebilir Hız-ivme-yerdeğiştirme: İvme hıza neden olur ama hız ivmelenmeye neden olmaz. Hızlanma yer değiştirmeye neden olur, tersi doğru değildir. İntegral nedenselliği... 16

1.1.3 Statik ve dinamik elemanlar: Eğer bir sistemin o andaki çıkışı bir elemanın o andaki değerine bağlı ise bu elemana statik eleman denir. Örnek: direnç 17

Statik eleman yaklaşımı: Ancak hiç bir fiziksel eleman hemen cevap vermez. Bu nedenle statik eleman kavramı bir yaklaşımdır. Modellemede kolaylık sağladığından ve sonuçları kabul edilebilir olduğundan kullanılır. 18

1.1.3 Statik ve dinamik elemanlar: Eğer bir sistemin o andaki çıkışı bir elemanın geçmiş değerlerine bağlı ise bu elemana dinamik eleman denir. Örnek: Bir bisikletin o andaki pozisyonu bisikletin başlangıçtan o ana kadar olan hız değişimine bağlıdır. 19

Statik ve dinamik sistem: Statik sistemlerin tüm elemanları statiktir. Dinamik bir sistemde bir tane dinamik eleman bulunması o sistemi dinamik sistem yapar. 20

Sistem dinamiğinde odak: Sistem dinamiği, dinamik elemanlar içeren sistemlerin davranışları ile ilgilidir. 21

1.1.4. Sistemlerin modellenmesi: Mühendislik problemi çözüm adımları: 22

Mühendislik problemi çözüm adımları: 23

Bu adımların 1 den 5 e kadar olanları problemin tanımlanmasına yöneliktir. 6 dan 10 a kadar olan adımlar ise problemin çözümü ile ilgilidir. 24

Modelleme, matematiksel model: Modelleme: Bir problemi basitleştirmek ve temel prensiplere uygulamak. Matematiksel model veya model: Sistem davranışını matematiksel metodlarla tanımlayabilmek. Modelleme bittikten sonra arzu edilen cevapları bulabilmek için matematiksel model çözülür. Modelin hesaplama karmaşıklığına göre bilgisayar kullanılabilir. 25

Modellemede yaklaşım: Şekil 1.1.5 26

Modelleme zorlukları: Modellemede tüm etkiler modellenemeyebilir. Bunun yerine parçalayarak amaca göre modelleme yapılabilir. Mesela bir elektrik devresinin elektrik, termal ve mekanik durumları olabilir. Bir modellemede bunun tamamı gerçekleştirilemeyebilir. 27

1.1.5. Matematiksel metodlar: Sistem dinamikleri zamana göre değiştiğinden bu sistemlerin matematiksel modelleri diferansiyel denklemlerle çözülür. Bölüm 2 de bu konuları inceleyeceğiz. 28

1.1.6. Kontrol Sistemleri: Kontrol sistem dizaynının önemi. Yeni konular: Robotik, Mekatronik, Aktif titreşim kontrol, Mikromekanik, Aktif gürültü önleme, 0 ve Otomatik Kontrol dersi 29

Endüstri devrimi 1.0 dan 4.0 a: Ref: motherboard.vice.com/read/life-after-the-fourth-industrial-revolution 30

Industry 4.0 31

1.1.7. Mekanik Sistemlerde Uygulamalar Bölüm 3 ve Bölüm 4 te uygulamalar, Kuvvet Kontrol Uygulamaları, Taşıt dinamikleri, Süspansiyon uygulamaları, Aktif süspansiyon sistemleri (yaylar, şok sönümleyiciler) Güvenlik Enerji verimliliği 32

1.1.8. Elektriksel ve elektromekanik sistem uygulamaları: Elektriksel ve mekanik sistemler içerir, Hareket kontrol sistemleri ve taşıt dinamikleri iki temel uygulama alanıdır. Bölüm 6 33

1.1.9. Akış sistemleri uygulamaları Bölüm 7 Şekil 1.1.10 Şekil 1.1.11 Şekil 1.4.2 34

1.1.10 Termal Sistem uygulamaları Soğutma sistemleri Buhar makineleri Bölüm 7 35

1.1.11. Bilgisayar Metodları MATLAB Simulink Ekler Uygulama dersleri Lab-3 36

1.1.11. Bilgisayar Metodları 37

1.2. BİRİMLER

FPS (Foot-pound-second) Units SI (International System of Unit) Units 39

SI ve FPS Birimleri: 40

Birim dönüşümleri: 41

1.2.3.Osilasyon Birimleri: Frekans: rad/sn yada Hertz 1Hz: Bir saniyedeki çevrim sayısı (one cycle per second=cps) Açısal hız: w=2.pi.f Periyot: T ya da Pà T=P=2.pi.w Dakikadaki dönme (revolutions per second=rpm) 1 rpm= 1 saniyedeki (2.pi/60) radyanlık dönme 42

1.3. Lineer (doğrusal) model Geliştirme:

Lineer model: Bir statik elemanın lineer modeli: y=mx+b; Burada; y:çıkış, x: giriş Lineer modeller diferansiyel denklem çözümü ile elde edilebilir. Ancak nonlineer modellerin çözümü bu kadar kolay değildir. Lineerleştirme modeli matematiksel model oluşturulurken tercih edilir. Beraberinde hatayı ortaya çıkarır. Kullanımında bu husus dikkate alınmalıdır. 44

1.3.1. Datadan lineer model geliştirme: Örnek 1.3.1: Şekil 1.3.1 45

Çözüm 1.3.1 Eğim: f=k.x k=1/a Şekil 1.3.2 46

İnterpolasyon ve Ekstrapolasyon: İnterpolasyon(interpolation)=içdeğerbulma: Elimizdeki dataların sınırları içinde kalan bir değer için tahmin. Ekstrapolasyon(extrapolation)=dışdeğerbulma: Elimizdeki dataların sınırları dışında kalan bir değer için tahmin. Lineer model elde edememe durumunda daha sistematik yaklaşımlar (nümerik analiz) kullanılır. 47

1.3.2. Lineerleştirme(Linearization): Model nonlineer ise lineerleştirme teknikleri kullanılır. Burada dikkat edilmesi gereken belirli sınırlar içinde doğruluğun temin edilmesidir. 48

Örnek 1.3.2. 1.YOL: Θ=0 rad Θ=pi/3 rad Θ=2.pi/3 rad civarında lineeleştirme 2.YOL: Taylor serisine açma(inceleyiniz) Şekil 1.3.3 49

İnceleme: Örnek: 1.3.3 ve 1.3.4. Taylor serisi 50

1.4. Fonksiyon tanımlama ve parametre tahmini

Fonksiyon tanımlama ve parametre tahmini: Bir data setinden fonksiyonların tanımlanması işlemine fonksiyon tanımlama denir. Eğri uydurma(curve fitting) kavramı da parametre tanımlama için kullanılır. Bir data seti ile tanımlanmış olan fonksiyonun parametre yada katsayı değerlerine elde etmeye parametre tahmini denir. 52

Lineer, güç ve exponansiyel fonksiyonlar: Akım-Gerilim Sabit ivmeli bir nesnenin hız-zaman ilişkisi Serbest düşen bir cismin yol-zaman ilişkisi Soğumakta olan bir cismin sıcaklık-zaman ilişkisi 53

Şekil 1.4.1 54

1.4.1. Fonksiyon tanımlama adımları: 1. Orijin civarında veriyi tanımla. Üstel fonksiyonlar y=b(10) mx ve y=be mx, b=0 olmadığı müddetçe orijinden geçmez. Güç fonksiyonu y=bx m sadece m>0 olduğunda orijinden geçebilir. Şekilleri inceleyiniz. Şekil 1.4.2 Şekil 1.4.3 55

Fonksiyon tanımlama adımları: 2. Lineer eksen takımı kullanarak verileri çiziniz. Eğer doğru şeklinde ise fonksiyon lineerdir. Aksi takdirde x=0 da fonksiyonun aldığı değere bakılır. a. y(0)=0 ise güç fonksiyonudur. b. y(0) eşit değildir 0 ise üstel fonksiyon Eğer x= 0 için elimizde veri yok ise 3. adıma geçilir. 3. Eğer bir güç fonksiyonu olduğu düşünülüyor ise log-log eksen takımlı grafik çizilir. Sadece güç fonksiyonu bu grafikte doğru şeklinde görülür. Eğer üstel fonksiyon olduğu düşünülüyor ise yarı logaritmik eksen takımı çizilir. Sadece üstel fonksiyon bu grafikte doğru şeklinde görülür. 56

Araştırma Ödevi 1.1. Şekil 1.4.2 ve 1.4.3 ü MATLAB de çizdiriniz. m-file ve grafikleri çıkış alarak uygulama dersinde ders asistanına teslim ediniz. Ders kitabı eklerinde MATLAB ile ilgili yardımcı ders notu bulunmaktadır. 57

1.4.2. Katsayı elde etme: Amaç b ve m katsayılarının elde edilmesidir. Lineer fonksiyon Güç fonksiyonu Eksponansiyel (üstel) fonksiyon Elde edilen veriler dağınık ise en küçük kareler metodu ile fonksiyon elde edilir. MATLAB de polyfit komutu ile bu işlem gerçekleştirilebilir. Katsayıları fonksiyon tipine göre nasıl elde ederiz? 58

Örnek 1.4.1: Ortam sıcaklığı 70 o F. Zamana bağlı olarak su sıcaklığını bulunuz. 59

Örnek 1.4.1: Lineer Şekil 1.4.4 60

Örnek 1.4.1: Semi-Log Şekil 1.4.5 61

Eğri uydurma: Şekil 1.4.6 62

Örnek 1.4.2. (İnceleyiniz) Akış oranı ile yükseklik arasındaki ilişkiyi bulunuz. Şekil 1.4.7 63

Mekatronik Sistem Dizaynı (Aksiyomatik Yaklaşım)

https://designforinnovation.files.wordpress.com/2008/11/picture31.png 65

1.5. Bölüm özeti: Statik ve dinamik eleman, statik ve dinamik sistemler, giriş ve çıkış kavramları İntegral nedenselliğinin temelleri Mühendislik problem çözümünün temel adımları FPS ve SI Birim Sistemleri Lineer model geliştirme Katsayıların bulunması Dizayn yaklaşımları 66

Referans: System Dynamics, William Palm III, McGraw-Hill Education; 3rd Edition Chapter 1