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

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

BÖLÜM-6 BLOK DİYAGRAMLARI

TRANFER FONKSİYONLARI SİSTEMLERİN MATEMATİKSEL MODELİ BASİT SİSTEM ELEMANLARI

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

Birinci Mertebeden Adi Diferansiyel Denklemler

DİNAMİK TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ

1.1 Yapı Dinamiğine Giriş

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

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

Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır ise, cisim ya durur, ya da bir doğru boyunca sabit hızla hareketine devam eder.

İleri Diferansiyel Denklemler

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

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

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

Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

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

Karadeniz Teknik Üniversitesi

Karadeniz Teknik Üniversitesi

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

MM 409 MatLAB-Simulink e GİRİŞ

Fizik 101: Ders 5 Ajanda

EDUCATIONAL MATERIALS

Newton un II. yasası. Bir cismin ivmesi, onun üzerine etki eden bileşke kuvvetle doğru orantılı ve kütlesi ile ters orantılıdır.

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

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

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

HİDROLİK. Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU

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

Fizik 101: Ders 23 Gündem

İleri Diferansiyel Denklemler

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ BLOK DİYAGRAM İNDİRGEME KURALLARI

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

Diferensiyel denklemler sürekli sistemlerin hareketlerinin ifade edilmesinde kullanılan denklemlerdir.

Elastisite Teorisi Düzlem Problemleri için Sonuç 1

BÖLÜM 6 LAPLACE DÖNÜŞÜMLERİ

MATLAB/Simulink ile Sistem Modellemesine Giriş

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

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

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

1. STATİĞE GİRİŞ 1.1 TANIMLAR MEKANİK RİJİT CİSİMLER MEKANİĞİ ŞEKİL DEĞİŞTİREN CİSİMLER AKIŞKANLAR MEKANİĞİ DİNAMİK STATİK

elde ederiz. Bu son ifade yeniden düzenlenirse,

YAPI STATİĞİ MESNETLER

KUVVETLER VEKTÖRDÜR BU YÜZDEN CEBİRSEL VEKTÖR TEKNİKLERİ KULLANMALIYIZ

Şekil 6.1 Basit sarkaç

İleri Diferansiyel Denklemler

AERODİNAMİK KUVVETLER

ZEMİN SUYU Zeminde Su Akımı ve Akım Ağları. Y.Doç.Dr. Saadet A. Berilgen

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

DENEY 1. İncelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi

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

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

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

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

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Prof.Dr. Mehmet Zor DEU Muh.Fak. Makine Muh. Bölümü

Newton Kanunlarının Uygulaması

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ. Doç. Dr. Tahsin Engin. Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

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

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

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

5.DENEY. d F. ma m m dt. d y. d y. -kx. Araç. Basit. denge (1) (2) (3) denklemi yazılabilir. (4)

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

r r r F İŞ : Şekil yörüngesinde hareket eden bir parçacık üzerine kuvvetini göstermektedir. Parçacık A noktasından

Uçlarındaki gerilim U volt ve içinden t saniye süresince Q coulomb luk elektrik yükü geçen bir alıcıda görülen iş:

FEN BİLİMLERİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

Ders İçerik Bilgisi. Karmaşık Sistemlerin Tek Bir Transfer Fonksiyonuna İndirgenmesi

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

MÜHENDİSLER İÇİN VEKTÖR MEKANİĞİ: STATİK. Bölüm 1 Temel Kavramlar ve İlkeler

BÖLÜM 9 ÇÖZÜLMESİ ÖNERİLEN ÖRNEK VE PROBLEMLER

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

HATA VE HATA KAYNAKLARI...

İ çindekiler. xvii GİRİŞ 1 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32. xvii

STATİK YRD.DOÇ.DR. KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU

İleri Diferansiyel Denklemler

Ders #2. Otomatik Kontrol. Laplas Dönüşümü. Prof.Dr.Galip Cansever

LİNEER DALGA TEORİSİ. Page 1

SÜRTÜNME Buraya kadar olan çalışmalarımızda, birbirleriyle temas halindeki yüzeylerde oluşan kuvvetleri etki ve buna bağlı tepki kuvvetini yüzeye dik

Bölüm 9: Doğrusal momentum ve çarpışmalar

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Fen ve Mühendislik Bilimleri için Fizik

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

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

V = g. t Y = ½ gt 2 V = 2gh. Serbest Düşme NOT:

Akışkanların Dinamiği

Fen ve Mühendislik Bilimleri için Fizik

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

İÇİNDEKİLER. Bölüm 2 CEBİR 43

AKM 205 BÖLÜM 2 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

Noktasal Cismin Dengesi

O )molekül ağırlığı 18 g/mol ve 1g suyun kapladığı hacimde

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

İstatistik ve Olasılık

Doç.Dr. Cesim ATAŞ MEKANİK ŞEKİL DEĞİŞTİREN CİSİMLER MEKANİĞİ DİNAMİK

İÇİNDEKİLER. ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER... v

DENİZ HARP OKULU TEMEL BİLİMLER BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

Mühendislikte Sayısal Çözüm Yöntemleri NÜMERİK ANALİZ. Prof. Dr. İbrahim UZUN

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

RİJİT CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ: ENERJİNİN KORUNUMU

Transkript:

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

Matematik Modele Olan İhtiyaç Karmaşık denetim sistemlerini anlamak için sayısal matematik model gereklidir. Bir çok fiziksel sistemlerin modellenmesinde esas yöntemdir: Mekanik Elektrik Hidrolik Biyolojik 2

Modelleme Adımları Fiziksel sistemi ve elemanlarını anlamak Basitleştirmek için uygun kabuller yapmak Matematik modeli formüle etmek için temel prensipler kullanmak Modelini tanımlayan cebirsel veya diferansiyel denklemleri yazmak. Modelin geçerliliğini test etmek. 3

Modeli ne amaçla kullanacağız? Diferansiyel veya cebirsel denklemlerin çözülmesi sistem tepkisinin, performans analizinin ve tasarımının yapılmasına imkan verir. Modele Laplace dönüşümlerinin uygulanması; uygun yönlendirmelere ve dinamik analize imkan verir. Sistemler ve elemanları için giriş-çıkış ilişkileri alınabilir. Denetleyici modelleri donanıma uygun şekilde tasarlanabilecektir. 4

Mekanik Yay-Kütle Sistemi Kütlesi M olan bir cismin sürtünmesiz ortamda sabit bir duvara, katsayısı k olan bir yay ile bağlandığını kabul edelim: Kütlenin zamana bağlı konum pozisyonu için bir modele ihtiyaç vardır. 5

Fiziksel Sistemin Analizi Yay kuvveti yalnızca kütle kuvvetinden etkilenir. Yay kütleye ters yönde oransal bir kuvvet uygular: Newton Kanunu: F=M.a 6

Diferansiyel Eşitliğin Çıkarılması İkinci dereceden işlem 7 n : Doğal frekans (Sönümleşmemiş) n genel anlamı ile soyut bir terimdir.

Sistem Karakteristikleri 8 Türev eşitliğinde sağ tarafta sıfır ile gösterilir. Türev eşitliğinde bu birinci terimin ihmal edilmesiyle gösterilir. Sistem girişe sahip değildir. Kütleyi dışarıdan etkileyen bir kuvvet yoktur. Sistem sönümlemeye sahip değildir. Sistemde enerji salınımı yoktur. Kütle yay sabiti k olan bir yayın son konumundan x(t) gerilir. Sönümleme katsayısı c olan amortisör harekete hızla orantılı direnç gösterir.

9 Yay-Kütle-Damper Sistemi

10 Yay-Kütle-Damper Sistemi

İkinci Derecede İşlem Cevabı 11 Sistem girişi: x(t)=1 m n=2 r/s

12

13

14 Hidrolik Silindir

15 Hidrolik Silindir

Entegral İşlem Cevabı 16 Adım giriş: q(t)=1 cm 3 /s

17 RC Devre

18 RC Devre

Birinci Derece İşlem Cevabı 19 Adım girişi: x(t)= 1 Volt = 1 saniye

20 Karışım Vanası ve Boru

21 Yaygın İşlem Tipleri

22 Bileşen Kombinasyon Örneği

23 Bileşen Kombinasyon Örneği

24 Bileşen Kombinasyon Örneği

Çalışır Model Oluşturulması Hedef düşük dereceden doğrusal modeli geçerli kılmak ve bir bakışta hissetmektir. Fiziksel bileşenleri anlamak. Uygun kabuller yapmak. Model için basit bağıntıları kullanmak. Gerektiğinde doğrusal hale getirmek. Diferansiyel ve cebirsel eşitlikler yazmak. Bağıntıları birleştirmek ve basitleştirmek. Modelin geçerliliğini test etmek. 25

26 Yaygın İşlem Tipleri

Yay-Kütle Modeli İçin Varsayımlar Yay sola doğru aşırı sıkıştırılırsa model doğru mudur? Yay sağa doğru aşırı uzatılırsa model doğru mudur? Tüm modeller bir yaklaşım öngörür ve böylelikle bazı hatalar içerir. Bir aralıkta, belli bir çalışma noktası etrafında, sistem davranışlarını doğrusal bir modele yaklaştırılır. 27

Doğrusallaştırma Bir sistemin doğru bir bileşeni için; Şayet x 1 giriş için y 1 çıkış alınıyor ve Şayet x 2 girişi için y 2 çıkışı alınıyorsa sonra x 1 +x 2 girişi için y 1 +y 2 çıkışı alınır. 28

Taylor Serisi Açılımı-Tek değişkenli X 0 yapılan açılımdaki çalışma noktasıdır. x-x 0 değerinin küçük kademelerinde çalışma noktasının yansıması fonksiyona iyi bir yaklaşım gösterir. 29

Taylor Serisi Açılımı-Çok değişkenli x 0, y 0, yapılan açılımdaki çalışma noktasıdır. (x-x 0 ), (y-y 0 ) değerinin küçük kademelerinde çalışma noktasının yansıması fonksiyona iyi bir yaklaşım gösterir (yüksek dereceden terimler ihmal edilmiştir). 30

31 Doğrusal Olmayan Yay

32 Bileşen Kombinasyonu Örneği

33 Karıştırıcı ve Boru

34 Hidrolik Silindir

35 Bileşen Kombinasyonu Örneği

36 Bileşen Kombinasyonu Örneği

37 Bileşen Kombinasyonu Örneği

Model Basitleştirilebildi mi? Doğal frekans n beklenen çalışma frekanslarıyla karşılaştırıldığında çok yüksek ise sönümleme ne çok yüksek ne de çok düşük olur ( 1), D gecikmesi, beklenen cevap zamanıyla karşılaştırıldığında çok küçükse, 38

Laplace Dönüşümlerine Olan İhtiyaç Diferansiyel bağıntıları basitleştirip birleştirerek kullanışlı hale getirir. Modelleri sadeleştirip kolaylaştırır. Sistem ve bileşenlerin blok diyagramlarının çiziminde kolaylık sağlar. Diferansiyel bağıntıların çözümünü kolaylaştırır (Çeşitli girişler için çıkışlar bulunur). Kararlılık analizi, frekans cevabı, vb. hesaplamalarda kolaylık sağlar. Denetim cihazı tasarımını kolaylaştırır. 39

40 TABLO-1.1 İdeal sistem elemanlarının temel özellikleri

41 TABLO-1.1 İdeal sistem elemanlarının temel özellikleri (devam)

42 TABLO-1.1 İdeal sistem elemanlarının temel özellikleri (devam)