Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

H1 - Otomatik Kontrol Kavramı ve Örnek Devreler

2• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

H01 İçerik ve Otomatik kontrol kavramıH02 Otomatik kontrol kavramı ve devrelerH03 Kontrol devrelerinde geri beslemenin önemiH04 Kontrol elemanları ve kontrol elemanlarının dinamik özellikleriH05 Aktüatörler ve ölçme elemanlarıH06 Örnek kontrol devreleriH07 1. Ara SınavH08 Sınav soru çözümleriH09 Doğrusal kontrol sistemlerinin kararlılık analizi (Mihailow ve Routh

Hurwitz)H10 Doğrusal Kontrol sistemlerinin kararlılık analizi (yer eğrisi)H11 Bode diyagramları ile faz ve genlik marjı kavramları H12 2.Ara SınavH13 Sınav Soru çözümleriH14 Durum Değişkenleri ile kontrol

MAK 3026 - Ders Kapsamı

Hafta 2 - Otomatik kontrol kavramı ve devreler

1. Sistem Kavramı2. Otomatik Kontrol Kavramı3. Açık ve Kapalı Devre Kontrol4. Neden Geri Beslemeli Kontrol?5. Referans değerine bağlı kontrol6. Regülatör?

3• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Otomatik Kontrol Kavramı

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Otomasyonun tarihi çok eski değildir.İlk organize otomasyon endüstriyel devrimin sonrasında İngiltere’de 18.yy’ın ikinci yarısının sonlarında olduğu varsayılır. Son 200 yıldaki hızlı endüstriyelleşmede bazı önemli olaylar:• 1770 Endüstriyel Devrim ve mekanizasyon.• 1900 Henry Ford ve üretim hatlarının oluşması• Nümerik Kontrollu Takım Tezgahları, 1952 (ABD

Hava Kuvvetleri, MIT).• Mikroçip bilgisayarların hızlı gelişimi, 1960‘ların

sonları.• CNC (Bilgisayar Destekli Nümerik Kontrollu)

Takım Tezgahları.• Endüstriyel Robotlar (1970‘ler).• Bilgisayar Ağları (1970‘ler).• Geleceğin Fabrikası: Tam Otomatik Esnek

İmalat Sistemleri 1990‘lar.

Sistemi KavramıBelli bir görevi yerine getiren tek bir elemana veya biribirleri ilefiziksel olarak ilişkilendirilmiş elemanlara sistem denir.

Sistem görevini yerine getirirken dışarıdan bir takım fiziksel etkilere(girdi) maruz kalır. Bu girdiler sonucunda sistem içerisinde görevidoğrultusunda bir takım tepkiler gözlemlenir. Bu tepkileri temsileden fiziksel değişkenler çıktı olarak tanımlanır.

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören5

Örnek: Süspansiyon Sistemi

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören6

Örnek: Kanda şeker dengesi

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Bir sistemin istenilen şekildedavranmasını sağlamak olarak tanımlanabilir.Örnek: Kan şekerinin kontrolü, denge kontrolü

7

Kontrol Sistemi Kavramı

8

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Elemanlarının birbirine etkisi ile neden sonuç ilişkilerine göre sıralanıp giriş ve çıkışlarının

bağlandığı, aralarındaki bilgi akışının blok şemaları ile gösterildiği, kontrol edilmek istenilen kavramın çıktı, kontrol edilmek için verilen değerin ise girdi olarak adlandırıldığı mekanizmaya kontrol sistemi

adı verilir.

KontrolElemanı

AktivasyonElemanı

ProsesÖlçme

Elemanı

Girdi Çıktı

-+

Kontrol Sistemi Kavramı

9

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Kontrol Sistemi: Kendisini ya da başka bir sistemi, düzenlemek, kumanda etmek ya da yönetmek üzere uygun bir biçimde bağlanmış fiziksel elemanlar kümesidir.

Açık Devre Kontrol (Kumanda) / Kapalı Devre Kontrol ?

Kontrol sistemleri 2 ayrı grupta incelenir.

1. Açık Çevrim Kontrol Sistemleri (Kumanda Sistemleri)

2. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemleri (Geri Beslemeli Kontrol Sistemleri )

10

Açık Devre Kontrol

11

Yrd. Doç. Dr. Aytaç GörenAçık Devre Kontrol (Kumanda)

KumandaElemanı

AktivasyonElemanı

Girdi Çıktı

Açık Devre KontrolBir tahrik sistemi yardımıyla sistem çıkışının istenilen şekildedeğiştirilmesine olanak sağlayan sistemlere kumanda sistemidenilir. Bu sistemler açık çevrim kontrol sistemleri olarak daadlandırılırlar.Bu sistemlerde girdi ile çıktı arasında karşılaştırma olanağısağlayan bir ölçüm sistemi yoktur.

Örnek: Çamaşır makinesi

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören12

Açık Devre Kontrol

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

KumandaElemanı

AktivasyonElemanı

Girdi Çıktı

13

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Örnek: Füze fırlatma rampası kontrolü

14

Neden Geribeslemeli Kontrol?

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Sistemde giriş ölçülen çıkış işaretiyle güncellenir. Çıkış ve referansişareti sürekli karşılaştırılır

Neden Geri Beslemeli Kontrol?1.Bir görme engellinin araba kullanması: Açık çevrim kontrol2.Gören birisinin araba kullanması: Geri beslemeli kontrolBirinci durumda sürücü arabanın yola göre anlık durumuhakkında bilgi sahibi değildir.İkinci durumda sürücü istenilen konum veya hıza göre yoldakitümseklere, rüzgara, diğer araçlara ve kontrol edilemeyen diğeretmenlere rağmen arabayı kullanır.Öyleyse diyebiliriz ki geri besleme ile belirsizlikler veyabeklenmediklerle başa çıkabilinir.

16

Kapalı Devre Kontrol

17

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

KontrolElemanı

AktivasyonElemanı

ProsesÖlçme

Elemanı

Girdi Çıktı

-

+

İvme, Açı, Hız, Akış,Encoders, Kuvvet, Yük, Pozisyon, Basınç,

Sıcaklık, Eğim, Burulma, Titreşim Ölçüm Elemanları

Üretim, sıcaklık kontrolü,

kimyasal olaylar. . .

Geribesleme (Feedback) Kavramı

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Çıkış büyüklüğü ölçülerek sisteme uygulanan giriş ile karşılaştırılarak hata sinyali üretilir.

18

Kapalı Çevrim Kontrol

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Sistemde giriş ölçülen çıkış

işaretiyle güncellenir. Çıkış

ve referans işareti sürekli

karşılaştırılır

20

Referansa bağlı kontrol

Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Bu sistemler ayarlandıkları referans değerine bağlı olarak kontrol etkisi gösteriler. Yani sistem çıktısı girdisini takip eder.Referansa bağlı kontrol sistemlerinin en tipik örneği sıcaklık

kontrol sistemleridir.

21

23• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Su Tankı Seviyesi Kontrolü

H(t)

Qa (t)

Qe (t)

Regülatör Sistemler

24• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Bu sistemde hata oluşmasına sebep olacak dinamik etkiler, sisteme etki eden bozucu girdiler ve sistem parametrelerinde

oluşacak belirsizliklerdir.Örnek: Watt Hız Regülatörü

25• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Endüstriyel alanda kullanılan ilk geribeslemeli denetim organı ise

James Watt'ın 1769'da geliştirdiği toplu hız düzenleyicisidir

(regülatör).

1.2. James Watt Regülatörü

Bu aygıt, buhar makinesine buhar akışını ayarlayarak, yük değişimlerine

rağmen buhar makinesinin sabit bir hızla çalışmasını sağlıyordu.

Tamamen mekanik olan bu aygıt çıkış milinin hızını mekanik olarak ölçerve bu hıza bağlı hareket eden metal küreciklerin hareketindenyararlanarak buhar valfinin açılıp kapanmasını ve dolayısıyla makineyegiren buhar miktarını denetler. Makinenin hızı artınca merkezkaçkuvvetin etkisi ile metal kürecikler yukarı kalkmaya çalışır ve buna bağlıolarak da çubuk-manivela mekanizması valfi kapamaya çalışır. Aksi birdurumda kürecikler aşağıya doğru hareket ederek valf açmaya çalışır.Metal kürecikler; hız ölçümü ve valfın hareketi için gerekli gücümakineden çektiklerinden hız ölçümünü tam doğrulukta sağlayamazlar.Kürecikli hız düzenleyici hız denetim uygulamalarında bugün halenkullanılmaktadır. Yalnız burada tamamen mekaniksel sistemler yerinevalf hareketinde yüksek kuvvetler sağlayan hidrolik servo motorlar yeralır.

(Ref: İ.Yüksel,Otomatik Kontrol ).

1.2. James Watt Regülatörü

26• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

1.2. James Watt Regülatörü

27• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Ref: Bifurcation analysis of the Watt

governor system, JORGE

SOTOMAYOR, LUIS FERNANDO

MELLO

and DENIS DE CARVALHO BRAGA

1.2. James Watt Regülatörü

28• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Kaldıraç Bağlantısı

ValfBuhar

Motoru

Merkezkaç Kuvvetli Hız Regülatörü

Gerekli Dönüş Hızı

(r)

_

+

Gaz verme valfi açıklığı

(u) Motor Şaftı

Hızı (y)

_

+

Ölçümle ilgili

gürültü (n)

Aktüatörbozucu girdisi

(da)

_

İşletim bozucu girdisi

(di)

_

Dip yatağının pozisyonu

(ym)

Bu sistemde hata oluşmasına sebep olacak dinamik etkiler, sisteme etki eden bozucu girdiler ve sistem

parametrelerinde oluşacak belirsizliklerdir.

30• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

(Ref: İ.Yüksel,Otomatik Kontrol )

Servo Motor Kontrolü

31• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

Elemanlarının birbirine etkisi ile neden sonuç ilişkilerine göre sıralanıp giriş ve çıkışlarının bağlandığı, aralarındaki bilgi akışının blok şemaları ile gösterildiği, kontrol edilmek istenilen kavramın

çıktı, kontrol edilmek için verilen değerin ise girdi olarak adlandırıldığı mekanizmaya kontrol sistemi adı verilir.

Genel Kontrol Devresi

33• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

KontrolElemanı

AktivasyonElemanı

ProsesÖlçme

Elemanı

Girdi Çıktı

_

+

KontrolElemanı

AktivasyonElemanı

Kontrol Edilen Sistem

Geri BeslemeElemanı(Ölçüm)

Referans Girdi Çıktı

-

+

x(t)

b(t)

x(t)-b(t)

m(t)

İşlenmişKontrol Sinyali

y(t)

u(t)

EtkiyenSinyali

Bozucu GirdiEnerji

- -+ +

e(t)

34• Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören