T.C. MARMARA ÜNİVERSİTES İ FEN Bİ LİMLERİ ENSTİ TÜSÜ BULANIK MANTIK YÖNTEMİYLE BİR SERVO MOTORUN KONTROLÜ VE GELENEKSEL YÖNTEMLERLE KARŞILAŞTIRILMASI MEHMET AKAR (Teknik Öğretmen) YÜKSEK LİSANS TEZİELEKTRİK EĞİTİMİ ANABİLİM DALI DANIŞMAN Yrd. Doç. Dr. İsmail TEMİZ İSTANBUL 2005
114
Embed
Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing of Servo Motor Conventional and Fuzzy Logic Control Method
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Teknolojinin tüm hızıyla ilerlemeye devam ettiği çağımızda kontrol
yöntemleride bu gelişmeye parellel olarak yenilenmekte ve artık insan beyni gibi
kendi kendine düşünebilen , karar verebilen algoritmalar piyasada kendine yer
bulmaktadır. Bu algoritmalardan biri olan ve ilk olarak 1974 yılında Mamdani
taraf ından buhar makinesinin denetimi amacıyla kullanılan bulanık mantık da
makinelere insanların özel verilerini işleyebilme ve onların deneyimlerinden,
önsezilerinden yararlanarak çalışabilme yeteneği verir.
Bu yüksek lisans tezinde de lisans tezinde olduğu gibi değerli vakitlerini
ayıran, yardımlarını esirgemeyen değerli hocalarımız Yrd. Doç. Dr. İsmail TEMİZ ,Yrd. Doç. Dr. Hasan ERDAL’ a ve Dumlupınar Üniversitesi Elektrik-Elektronik
mühendisliği bölümü araştırma görevlilerinden Kadir VARDAR’ a en içten
şükranlarımı sunarım.
Son olarak tüm çalışmam boyunca maddi , manevi desteklerini esirgemeyen,
geç saatlere kadar uyumamam için gitar resitali yapan ev arkadaşım Mustafa
SONGÜN ve kardeşim Dursun’ a teşekkür ederim.
Temmuz , 2005 Mehmet AKAR
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
II.1.SERVO MOTORLARIN TANIMI……………………………………... ….4II.2.SERVO MOTOR ÇEŞİTLERİ…………………………………………. ….6
II.2.1. Doğru Akım Servo Motorlar..................................................6II.2.1.1. Alan Kontrollü Servo Motorlar………………………….8II.2.1.2. Endüvi Kontrollü Servo Motorlar……………………….9II.2.1.3. Sabit Mıknatıslı-Endüvi Kontrollü Servo Motorlar……..9II.2.1.4. Seri –Ayrık Alanlı Servo Motorlar…………………….11
II.2.2. Alternatif Akım Servo Motorlar…………………………..13II.2.2.1. Alternatif Akım Servo motor Bileşenleri………….........14II.2.2.2. Rotor……………………………………………………14
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
II.2.2.3. Rotor Yapısında Kullanılan Kalıcı Mıknatıslı Malzemelerve Özellikleri……………………………………………………..15II.2.2.4. Stator.................................................................................. ...16II.2.2.5. Sensörler……………………………………………. ...16II.2.2.6. Alternatif Akım Servo motor Karakteristikleri ...............16
II.2.3. Alternatif Akım Servo Motorun Kontrolü…………….. ...17
II.2.3.1. Rotor Pozisyonu Algılayıcı………………………….. ...17II.2.3.2. Sinüs-Dalga Üretim Devresi………………………… ...18II.2.3.3. Dc-Sin Dönüşüm Devresi............................................ ...18II.2.3.4. Sinüs dalga PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu)Devresi………………………………………………………... ...18II.2.3.5. Hız Algılayıcı……………………………………….. ...19II.2.3.6. Kodlayıcılar………………………………………….. ...20II.2.3.7. Artırımlı (Incremental) Encoder……………………... ...22II.2.3.8. Mutlak (Absolute) Encoderler………………………. ...24II.2.3.9. Resolver....................................................................... ...25II.2.3.10. Kodlayıcıdan Elde Edilen Darbeler ile Hız MiktarınınÖlçülmesi……………………………………………………... ...29
III.1.2. P (Oransal kontrolör)………………………………….......42III.1.3. PI (Oransal İntegral) Kontrolor ………………………..43III.1.4.PD(Oransal –Türevsel) Kontrolör ………………………..45III.1.5.PID(Oransal –İntegral-Türevsel) Kontrolör…………... ...47III.1.6. KP, KI, KD Katsayılarının Sistem Üzerindeki Etkisi ...48III.1.7. PID Kontrol Parametrelerinin Hesaplanması ………...49
III.2. BULANIK MANTIK KONTROL…….. ………………………………..57III.2.1 Bulanık Mantığın Tarihsel Gelişimi……………………. ...57III.2.2. Bulanık Mantığa Giriş…………………………………….59III.2.3. Bulanık Küme, Sistem ve Teknolojisi…………………….62
IV.2.1. Doğru Akım servo motorun klasik kontrolü…………….80IV.2.2 Doğru akım servo motorun bulanık kontrolü…………...81IV.2.3.Bulanık kontrolör tasarımı………………………………...83
BÖLÜM V………………………………………………………………………..86
SONUÇLAR……………………………………………………………………..86
KAYNAKÇA……………………………………………………………………96
ÖZGEÇMİŞ……………………………………………………………………..99
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Electrical machines has been used many years as a drive systems and their control
are vey important for industry. Servo motor can be control very easily so they can
use a lot of experiment. Some of:
• Computers and memory machines;
•
Industrial equipments;• Milatary weapons industry which one frequency is 400 Hz
• For regulating speed control of generators
• Control systems of full automatic regulator.
In their experiment very important thing that not to be oscillation ,not much more
current when they start and quickly sit steady-state position .
Some of system models can make truily but to worry of control systems for these
model may have some problem and high cost solution. For these reason some
control algorithm can’t use nonliner, complex and not good at description systems.For fuzzy logic control can say that using of mathematic to real life because real
life may have chageable position and result.
For these reason servo motors construction descripted and mathematical model has
caused. For dc servo motor mathematical model used bulanık, propotional-integral-
derivative control algorithms and their results simulated in the computer with
Matlab .
At and of the simulation: Fuzyy logic control algoritm is succesfull than the P ıd
control because of not have oscillation ,not much more current when they start and
quickly sit steady-state position
July, 2005 Mehmet AKAR
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Şekil III.16: "x, 1'e yakındır" önermesine ait üyelik fonksiyonu...........................62
Şekil III.17: (a): Klasik mantık ,(b): Bulanık mantık ............................................64
Şekil III.18: Farklı Üyelik Fonksiyonları ..............................................................65
Şekil III.19: Isı değişkeninin [0,100] aralığında aldığı alt durumların; bulanık (a) ve
klasik değişkenler (b), yardımıyla gösterilmesi. .....................................................66Şekil III.20: A ve B üçgen bulanık sayıların birleşimi ............................................67
Şekil III.21: A ve B üçgen bulanık sayıların kesişimi .............................................67
Şekil III.22: A ve B üçgen bulanık sayıların tümleyeni ..........................................68
Şekil III.23: Sistemin Çalışma Mekanizması ........................................................72
Şekil IV.1: Model Olarak Alınan Doğru Akım Servo Motorun Eşdeğer Devresi ..75
Şekil IV.2: Servo Motorun Transfer Fonksiyonu...................................................79
Şekil IV.3: Servo Motorun Hız Kontrolünün Blok Diyagramı ..............................81
Şekil IV.4: Bulanık Mantık Sonuçlandırma Sistemi ..............................................82Şekil IV.5: Doğru Akım Servo Motorun Hız Kontrol Şeması ...............................83
Şekil IV.6: ∆W Girişine Ait Üyelik Fonksiyonları ................................................84
Şekil V.3: Servo Motorun Bulanık Mantık Kullanılarak Kontrolüne Ait SimulinkModeli....................................................................................................................87
Şekil V.4.a: Doğru Akım Şebeke Modeli ...............................................................89
Şekil V.4.b: Doğru Akım Kıyıcı Modeli.................................................................89
Şekil V.4.c: Mil Yükü Modeli .................................................................................89
Şekil V.4.d: Doğru Akım Servo Motor Modeli......... ...................... ........................89
Şekil V.4.e: Ölçüm Bloğu Modeli ...........................................................................89
Şekil V.4.f: Motor İçin Bulanık Kontrol Ünitesi Modeli..........................................89
Şekil V.4.g: Darbe Genişlik Modülasyonu Modülü .................................................89
Şekil V.5: Servo Motor Boş Çaılşmada Bulanık Mantık Kontrolüne Ait GerilimAkım -Hız-zaman grafiği .......................................................................................89
Şekil V.6: Servo Motor 5 Nm Mekaniki Yükte Bulanık Mantık Kontrolüne AitGerilim Akım Hız-zaman grafiği ...........................................................................90
Şekil V.7: Servo Motor 7 Nm Mekaniki Yükte Bulanık Mantık Kontrolüne AitGerilim Akım Hız-zaman grafiği ...........................................................................91
Şekil V.8: Servo Motorun PID Kullanılarak Kontrolüne Ait Simulink Modeli ....91
Şekil V.9: Servo Motor 5 Nm’lik Mekaniki Yükte PID Kontrolüne Ait Akım-Gerilim-Hız-zaman grafiği .....................................................................................92
Şekil V.10: Servo Motor 7 Nm’lik Mekaniki Yükte PID Kontrolüne Ait Akım-Gerilim-Hız-zaman grafiği .....................................................................................92
Şekil V.11: Servo Motorun Değişen Referans Hızlarda Bulanık Kontrolöre Ait Hızve Akım grafiği ......................................................................................................93
Şekil V.12: Servo Motorun Sabit Referans Hızlarda Değişen Mekaniki Yüke
Tepkisi ...................................................................................................................93Şekil V.13: 5 Nm’ lik Mekaniki Yükte PID ve Bulanık Mntık Hız-zaman grafiği...............................................................................................................................93
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Günümüz imalat sanayinde kullanılan makinelerin hızlı çalışmaları, üretiminartması bakımından önemlidir. Üretimde insan faktörünün en aza indirilmesi,
üretimin kalitesi ve üretimin eşdeğerliği bakımından önem arz etmektedir. Bunu
gerçekleştirecek sistemlere otomasyon sistemleri adı verilmektedir.
Endüstriyel süreç kontrolünde bazı zorluklar vardır. Bu zorluklar sürecin
matematiksel modelinin bilinmemesi, kontrol edilecek sistemin lineer olmaması,
ölçme zorluklan, model parametrelerinin zamanla büyük değişiklikler
gösterebilmesidir. Ayrıca, istenilen sistem davranışı ve bunun gerçekleştirilmesi için
gerekli sınırlamalar nümerik değerlerle ifade edilemeyebilir. Böyle durumlarda biruzman kişiden yararlanmak gerekir. Uzman kişi denetiminde kesin matematiksel
ilişki yerine "sıcak, "az sıcak", "ılık", "soğuk" gibi sözel ifadeler kullanılır. Bulanık
kontrol bu tür bulanık mantık ilişkileri üzerine kurulmuştur.
İçinde bulunduğumuz sanayi sürecinde servo motorlar küçük olmaları, az yer
kaplamaları, f ırçasız olmaları, değişik kumanda ve komutlarla duyarlı olarak geniş
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
bir hareket kabiliyetlerinin bulunması sebebiyle günümüzde otomasyon sistemlerinin
oluşturulmasında kullanılan en önemli elemanlardır.
Servo Motor sistemleri belirli bir tasarım ve uygulama zorlukları olmadan, basit
düşük sıralı (ikinci veya üçüncü sıra) sistemler olarak kabul edilebilirler. Dinamiksistemlerdeki nonlineer parametrelerin optimizasyonu sağlanabildiğinden servo
motor kontrol tercih nedeni olmaktadır. Bununla birlikte, yük etkilerinin sistem
cevabı üzerinde engelleyici bir etkisi vardır. Yük değiştirildikçe, genellikle orijinal
kontroller tasarım performansını koruyamaz ve böylece yeni sistem durumları için
kontrollerin tasarımının yeniden yapılması gerekir. Ayrıca, servo motorun bir
dinamik sistem olduğu düşünülürse, motorda oluşan sürtünmeler, ani ve şiddetli geri
kaçmalar ve motor kalkma momentindeki düzgünsüzlükler gibi bazı parametrelerin
nonlineer davranışlar gösterdiği bilinmektedir. Motorlarda oluşan bu bozucu etkiler
hem motor performansını hem de motorun kontrol ettiği dinamik sistemin
performansını olumsuz yönde etkilemektedir. Motorlardaki bu olumsuz etkileri
minimize etmek için PID, Adaptive, Sliding Mode gibi birçok kontrol yöntemi
geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden biri de bulanık mantık (Bulanık Logic)'tir.
Bulanık mantık yaklaşımı, makinelere insanların özel verilerini işleyebilme ve
onların deneyimlerinden ve önsezilerinden yararlanarak çalışabilme yeteneği verir.
Bu yeteneği kazandırırken sayısal ifadeler yerine sembolik ifadeler kullanılır. İşte bu
sembolik ifadelerin makinelere aktarılması matematiksel bir temele dayanır.
Son on yıl boyunca bulanık mantık kontrol teknolojisi birçok endüstriyel tasarımda
yaygın olarak uygulanmakta ve çalışmaktadır. Bulanık mantık servo motor kontrolü
için iyi bir uygulama alanıdır.
I.2. AMAÇ
Bu çalışmada bir doğru akım servo motorun yük altında hız kontrolü klasik
yöntemlerden pid kontrol ve bulanık mantık kontrolü yapılmıştır. Amaç servo
motorun ilk çalışma ve yol alma esnasında salınımı ortadan kaldırmak veya
minimuma indirmek ve karalı hale gelmesi için gereken süreyi düşürmektir. Bu
amaçla bir doğru akım servo motorun matematiksel modeli ve denklemleri çıkartıldı.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Servo motorlar; konum kontrolü yapan, otomatik kontrol sistemlerinde çokkullanılan özel motorlardır. Servo motorlar, Doğru Akım ve Alternatif Akım servo
motorlar olmak üzere iki çeşittir.[1]
II.2.1. Doğru Akım Servo Motorlar
Doğru Akım servo motorlar yapı olarak doğru akım motoruna benzemektedir.
Doğru Akım servo motorda sıradan motordaki endüvinin yerini, sabit mıknatısalmıştır. Bu yüzden bu tip motorlara sabit mıknatıslı motorda denir. Temel olarak
rotor pozisyonuna göre anahtarların açılıp kapanmasıyla sabit mıknatısın dönmesi
esasıyla çalışır. Bu iş şekilde görüldüğü üzere anahtarlara bağlı A, B ve C bobinleri
vasıtasıyla gerçekleştirilir.
Şekil II.2: Doğru Akım Servo Motor [3]
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
A ile B bobini arasını b sensörü, B ile C arasını c sensörü, A ile C arasını ise a
sensörü vasıtasıyla denetlenmektedir. Yani A, B, ve C sensörleri 120° lik bölgeleri
kontrol etmektedir. Eğer sabit mıknatısın S kutbu A ve B bobinleri arasında ise b
sensörü aktif hale geçecektir ve bu sensör kontrol devremizdeki b anahtarını açacaktır. İndüklenen bobin sabit mıknatısın S kutbunu etkileyecektir ve kendine
doğru çekecektir. Oluşacak momentle sabit mıknatıs hareketine başlayacaktır. Bu
momentin değeri bobinlerde endüklenen alanla orantılı olur. Bu alan da kaynak
voltajı ile ayarlanabilir. Sabit mıknatıs hareketine devam ederken B bobiniyle
çakıştıklarında b sensörü görevini tamamlayacaktır. Sabit mıknatıs tamamlayacaktır.
Sabit mıknatıs ataleti nedeniyle biraz daha yol alacak ve c sensörünün kontrol ettiği
120° lik bölgeye gelecektir.
Artık c sensörü aktif hale gelmiştir. Bu sensör C anahtarını kapatarak C bobininde
alan indüklenmesine ve sabit mıknatısının hareketinin C bobinine doğru devam
etmesine sebebiyet verecektir. Bu anda A ve B anahtarların kapalı olduğuna dikkat
edilmelidir. Sabit mıknatısın S kutbu C bobiniyle çakıştığı anda c sensörü devreden
çıkar ve C anahtarı kapanır. Yine sabit mıknatıs (rotor) dönme ateleti nedeniyle a
sensörünün kontrol ettiği bölgeye girer. Dolayısıyla A anahtarı kapanıp A bobininde
endüklenen alan sabit mıknatısın S kutbunu çeker. Böylece sabit mıknatıs bir turunu
tamamlamıştır. Bu olay zincirleme olarak devam eder. Bu dönüşün hızı voltajı
ayarlanarak değiştirilebilir.[3]
Servo motorların rotorunun dönme momenti rotor çapına bağlı olarak değişmesinden
dolayı servo motorların boyları uzundur. Enerji kısımları asıl motorlara göre daha az
enerjiye ihtiyaç gösterirler ve bu motorların atalet momenti küçüktür. Servo motorlar,
bir servo sistemde çalışırken ya endüvisi ya da kutupları kontrol edilir. Kutuplar ya
bir voltaj kaynağından ya da akım kaynağından beslenir. Her iki tür uygulama farkl ı
bir hız-tork karakteristiğinin ortaya çıkmasına sebep olur.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Şekil II.3 ‘de alan konrollü servo motorun prensip şeması görülmektedir. Bu tip
kontrol normal bir şönt motorun alan akımını değiştirmek sureti ile yapılan kontrolünbenzeridir. Hatırlanacağı gibi bu tip kontrolde eğer alan akımı yoksa manyetik alan
meydana gelmez ve buna bağlı olarak motorda meydana gelen tork sıf ır olur. Motora
uygulanan alan akımı doğrudan doğruya hata yükseltecinden elde edilir. Endüvi
akımının sabit olmasından dolayı meydana gelecek tork , manyetik akı ile değişir.[1]
Yani ;
a I k T ..φ= (Nm) (II.11)
Şekil II.3: Alan kontrollü Servo Motor Prensip Şeması[1]
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Eğer , manyetik alanın polaritesi ters çevrilirse, motorda ters döner, küçük güçlü
servo motorlarda alan akımının kontrolü bu yöntemle yapılır. Çünkü ,büyük güçlü
motorlarda sabit endüvi akımı karşılanamaz ve endüvi kontrollü motora göre
dinamik tepki daha yavaştır. Çünkü alan sargısının zaman sabiti daha büyüktür.
II.2.1.2. Endüvi Kontrollü Servo Motorlar
Şekil II.4’te görüldüğü gibi sabit Doğru akım uyartım akımı bir sabit akım
kaynağından elde edilir. Daha önce de ifade edildiği gibi bu tip kontrol daha hızlıdır.
Endüvi gerilimindeki büyük ya da küçük ani değişim aynı olarak torkun değişmesine
neden olur. Çünkü , endüvi devresi endüktörle karşılaştırıldığında daha fazla omiktir.
Ayrıca endüktör devresindeki manyetik akının yoğunluğu arttıkça makinenin tork
hassasiyetide artar. 1000 Hp ‘ ye kadar olan doğru akım motorları endüvi gerilimininkontrolü ile çalıştırılırlar. Eğer hata sinyali ve endüvi devresinin polaritesi ters
çevrilirse motorun devir yönünde ters çevrilmiş olur. Bu tür motorlar genel olarak
amplidin ve çok alanlı dönel yükselteçlerle kontrol edilirler.[1]
Şekil II.4: Endüvi kontrollü Servo Motor Prensip Şeması [1]
II.2.1.3. Sabit Mıknatıslı-Endüvi Kontrollü Servo Motorlar
Bu tip motorlar daha çok 6 V ile 28 V değerleri arasında imal edilirler. Endüvi Doğru
akım geriliminin ani olarak ters çevrilmesi ile sabit mıknatısa olan zararları
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
üstlenmiştir. Doğru akım servo motorun en açık üstünlüğü f ırça elemanlarının
olmamasıdır. Bu sebeple f ırçaların bakımı diye bir şeyden bahsedilmez ve
f ırçalardan kaynaklanan çoğu problem elimine edilmiştir. Doğru akım servo
motorun en açık üstünlüğü f ırça elemanlarının olmamasıdır. Bu sebeple f ırçaların
bakımı diye bir şeyden bahsedilmez ve f ırçalardan kaynaklanan çoğu problemelimine edilmiştir. Komütatörlü Doğru akım motorlarda oluşan problemler bazen
çok açık bir şekilde belli olmaz. Bazen f ırçalarda oluşan pislenme dahi problem
teşkil edebilir. Fırçaların performansı ve ömrü atmosferik şartlarla bile değiştiğinden
dolayı değişik ortam koşullarında değişik yapılı f ırçalar kullanılabilmektedir.
Fırçasız konfigürasyonda sarımların sabit stator içine sarılması sebebi ile ısı yalıtımı
için daha fazla en-kesit alanı sağlanabilmekte ve sargılarda oluşabilecek ısı artışı
algılama elemanları vasıtasıyla kolayca algılanabilmektedir.[4]
Doğru akım servo motorlarda verim eş ölçülerdeki bir doğru akım komütatörlü
motora oranla daha yüksektir ve f ırçaların sürtünme etkisi olmadığından dolayı
sürtünme kuvveti verime katkıda bulunur. Komütatör ve f ırça aksamının yokluğu
motor boyunu düşürür. Bu sadece motor hacmini düşürmekle kalmaz rotor destek
rulmanları arasındaki mesafe ve rotor boyunun kısalması dolayısı ile rotorun yanal
rijitliği de artırılmış olmaktadır. Bu özellikle yüksek hız/eylemsizlik oranına
gereksinim duyulan uygulamalarda önemlidir.
Fırçasız motorun yukarıda belirtilen üstünlüklerinin yanında dezavantajları olarak;
Rotor pozisyonunun bir kodlayıcı vasıtasıyla mutlak olarak algılanması ve motor
kontrol devresinin kompleks olması gösterilebilir.[4]
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Alternatif akım servo motor çalışma şekli açısından tamamıyla sincap kafesli
asenkron motora benzer. Farkı ise, rotorun sabit mıknatıslı olmasıdır. Eğer iyi birkontrol sistemiyle sinüs dalga fazı ve manyetik akı birbirleri ile daima 90°
doğrultuda olacak şekilde düzenlenirse f ırça kullanmadan düzgün moment veren
yüksek verimli bir motor elde edilebilir. Yani Alternatif akım servo motorlarda rotor
manyetik alanı ile statora verilen akımlar ortogonal şekilde kontrol edildiği taktirde,
sıradan Doğru akım motorun en önemli özelliği olan hız –moment karakteristiği
elde edilebilir . Şekil II.7. ve Şekil II.8.'de Alternatif akım servo motor stator ve
rotor yapılan görülmektedir.
Şekil II.7: Alternatif Akım Servo Motorun Rotorunun Yapısı [3]
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Bu devre rotor pozisyonu algılayıcı devresinden gelen kod sinyallerine uygun
düşecek şekilde sinüs dalga üreten bir devredir. Temel olarak bu devre bir ROMentegresinden ibarettir. Rotor pozisyonu algılayıcı devresinden gelen dijital pozisyon
adreslerine uygun düşen sinüs dalga verileri ROM entegresine önceden kaydedilir.
Rotor kodlayıcıdan gelen pozisyon sinyallerine uygun düşen sinüs genlik değeri
sinüs-dalga üretim devresi vasıtasıyla bir sonraki devreye gönderilir. Alternatif akım
servo motor üç fazlı bir servo motor olduğundan dolayı, algılanan fazlara ait
sinyaller, aralarında 120° faz farkı bulunan üç fazlı sinyaller olmalıdır. Pratikte V fazı
V= -(U-W) şeklindeki basit bir analog operasyon ile hesaplanır. Bu sebeple ROM
entegresinde sadece U ve W fazlarına ait sinüs dalga verileri bulunmaktadır.
II.2.3.3. Doğru Akım -Sinüs Dönüşüm Devresi
Sinüs dalga üretim devresi ile, rotor pozisyonu ile senkronize edilen iki fazlı sinüs
dalgaları üretilir. Bununla birlikte sinüs dalgalan -l'den +l'e 0'dan geçecek şekilde
belirtilir. Pratik kullanım açısından bu faktörler akım değerlerine çevrilmelidir.
Doğru Akım -Sinüs Dönüşüm Devresi ile sinüs dalga referans akımı, hız yükselticisi
çıkışı olan hız referans akımının sinüs dalga genlik faktörü ile çarpılması suretiyle
elde edilir. Alternatif akım servo motorda hız referans sinyalleri Doğru akım sinyali
şeklinde gönderildiğinden referans sinyali ile karşılaştırılacak olan hız geri besleme
sinyali de doğru akım olmalıdır. Buna göre. Karşılaştırma sonucu olan hız
yükselticisi çıkışı da aynı zamanda bir Doğru akım değeridir.
II.2.3.4. Sinüs dalga PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu) Devresi
Alternatif akım servo motorda stator sarımlarından sinüzoidal akım geçmektedir. Bu
sebeple akım yükselticiden çıkan alternatif akım sinyalinin gücünü yükselttikten
sonra motor sarımlarına direkt verilmesi en idealidir. Bununla birlikte pratikte sinüs
dalgalarının güçlendirilmesi uygun değildir; çünkü bu tür bir devre güç
transistörünün lineer bölgede kullanılmasını gerektirir. Böyle bir devrede ise
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
transistörde oluşacak olan ısı ve güç kayıpları çok fazla olur. Buna karşın transistörün
anahtarlamalı modda kullanılması suretiyle güç kayıpları minimum seviyeye
indirilebilir. Bu metot PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu) olarak adlandırılır. Bu
metodda motor akım ortalama değeri, bir sinüs dalga olan ve. Doğru Akım -Sinüs
dönüşüm devresinden gönderilen sinüs dalga genliği ile orantılı ve kontrollü darbegenişliğine dönüştürülür. Sabit frekans ve genlikte salınım yapan bir üçgen taşıyıcı
dalga, ve akım yükselticiden elde edilen sinüs dalga çıkışı bir komparator vasıtasıyla
kıyaslanmaktadır. Şekil II.10. 'da gösterildiği gibi, eş olmayan genişlikteki darbeler,
sinüs dalga büyüklüğünün taşıyıcı dalga büyüklüğünü geçtiği noktaların bulunması
ile elde edilir.
Üçgen Dalga Stator
Şekil II.11: Sinüs Dalga PWM Esası [4]
Burada kırpıcı dalganın salınım frekansının seçilmesi önemli bir faktördür. Taşıyıcı
frekansı güç transistörünün anahtarlama frekansına eşit olduğu gibi, yüksek olduğu
durumda anahtarlama kayıplarını da oransal olarak arttırır, düşük yapıldığı durumda
ise servo motorun hız cevabını düşürür. Genel olarak; taşıyıcı frekansı inverter
bipolar transistörlerden ibaret olduğu durumda 1-3 kHz, FET’ lerden ibaret olduğu
durumda ise 5-20 kHz arasında seçilir.
II.2.3.5. Hız Algılayıcı
Genellikle Doğru akım servo motorda hız algılayıcı olarak Takojenerator (TG)
kullanılır. Bununla birlikte takojeneratorde f ırçalar vardır ve f ırçaların bakımı
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
problem teşkil eder. Alternatif akım servo motorlarda pozisyon algılama elemanı
olarak genellikle kodlayıcılar (enkoder) kullanılmaktadır. Servo motorlar geri-
besleme sinyali olmaksızın kullanılamazlar. Pozisyon ölçümü için değişik tiplerde
geri-besleme sinyalleri olmasına karşın yapısının basit ve ucuz olması sebebi ile
artımsal kodlaycılar (incremental encoders) özel önem arz eder.
II.2.3.6. Kodlayıcılar
Artımsal kodlayıcılar geri-beslemeli kontrol sistemlerinde pozisyonların teyidi ve
geri-besleme sinyallerinin üretilmesinde kullanılırlar. Genel olarak mutlak ve
artımsal olmak üzere iki tiptedirler. Artımsal kodlayıcılar mutlak kodlayıcılara oranla
ucuz olmaları ve yapılarının basit olması sebebi ile tercih edilmektedir.[5,6]
Tipik bir kodlayıcıda A B ve Z şeklinde üç farklı sinyal çıkışı mevcuttur. BunlardanA ve B fazına ait sinyaller, aralarında 90° faz farkı olan iki sinyaldir. Z sinyali ise
referans sinyali olarak adlandırılır ve sayıcıyı reset etmekte veya bir dönüşe ait
mutlak pozisyon bilgisinin belirlenmesinde kullanılır. Bununla birlikte bazı artımsal
kodlayıcı mekanizmaları A B ve Z sinyallerine ek olarak bunlar ın değillerini de çıkış
olarak veren yapıda yapılmaktadır. Kodlayıcıdan elde edilen çıkış darbeleri mutlak
pozisyon bilgisini göstermez. Kodlayıcının verdiği darbe sayısı bağlı olduğu şaftın
dönme miktarı ile orantılıdır.
Eksen dönme miktarının mutlak değeri kodlayıcıdan alınan çıkış darbelerinin bir
sayıcı (counter) devresi kullanılmak suretiyle depolanması ile elde edilir.
Kodlayıcıdan alınan darbe sayısının düşük olduğu durumlarda kodlayıcı çıkış
darbeleri 4 ile çarpılmak suretiyle darbe sayısı arttırılır ve sonra bu darbeler sayma
işlemine tabi tutulur. Şekil II.11.'de kodlayıcıdan alınan çıkış sinyalleri ve rotor
dönüş yönünün belirlenmesi esası gösterilmektedir.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Şekil II.12: Kodlayıcı Faz Sinyalleri ve Dönme Yönünün Belirlenmesi [7]
II.2.3.7. Artırımlı (Incremental) Encoder
Şekil II.13 'de bir artırımlı enkoderin kesiti gösterilmektedir. Döner encoderler
fotoelektriğe dayalı tarama prensibi ile çalışır. Ölçme belirli bir standarttataksimatlandırılmış disk üzerinden yapılır. Disk üzerinde dairesel olarak dağılan
taksimat çizgileri ve boşlukları vardır. Koyu tonlu bu çizgiler ile boşluklar aynı
genişliktedirler. Çizgiler arkasını göstermeyecek şekilde koyu, boşluklar ise
transparan olacak şekilde özel bir cam alaşım üzerine yerleşmişlerdir.[7]
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
II.2.3.10. Kodlayıcıdan Elde Edilen Darbeler ile Hız Miktarının Ölçülmesi
Artımsal tipli kodlayıcılarda yüksek hız değerlerinde hız ölçümü bir problem teşkil
etmemektedir. Yüksek hızlarda kodlayıcıdan alınan sinyallerle hızın ölçülmesinde,darbe trenleri(Şekil II.20) bir sayıcıda depolanır ve hız hesabı basit bir aritmetik ifade
ile kolayca bulunabilir.[7]
Şekil II.20: Dönme Hızının Hesaplanması
dak devT M
m
N s / .10*6
4
= (II.2)
Ts: Örnekleme zamanı
m: Örnekleme aralığındaki pals sayısı
M: Devir başına pals sayısı
Düşük frekanslarda darbe sayısının düşük olması dolayısı ile hızın ölçümünde
yukarıda verilen metodun kullanılmasında problemler ortaya çıkar. Bu problemiortadan kaldırmak için ya darbe sayısı belirli bir sayı ile çarpılarak yeni darbe
frekansına göre hesaplama yapılır veya aşağıda bahsedilen kesme modeli göz önüne
alınarak dönme hızı hesaplanır. Sabit frekanslı bir saat ile verilen darbeler Tw darbe
genişliği boyunca entegre edilir ve aşağıdaki hız denklemi ile kolayca hesaplanabilir.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
En basit tahrik sistemidir. Yük arada hiçbir hız çevirici olmadan motora bağlanır.Çünkü herhangi bir atalet etkisi yaratan mekanik sistemler içermez. Hareket doğrudan
iletilir. Motor hızı ile yük hızı aynı olur. Yük sürtünmesi direkt motor sürtünmesine
karşılık gelir. Toplam atalet yük ve motor ataletlerin toplamına eşittir. Şekil II.23' de
doğrudan tarik sistemi görülmektedir.
m yt J J J += (II.8)
Şekil II.23: Doğrudan Tahrik [3]
II.2.4.3. Dişli Mekanizmalı Tahrik
Motor ile yük arasında dişli içeren mekanik sistemdir (Şekil II.24). Hız değişimi olan
sistemlerde yük atalet momentinin motor miline indirgenmesinde çevrim oranının
karesine etkili olur.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Uygulamalarda yük ile motor arasındaki atalet oranını ayarlarken mekanik aktarma
organlarından faydalanılır. Kullanılan redüktör çevrim oranlan vidalı mil çevrim
oranları ile motora indirgenmiş atalet kuvvetleri azaltılabilir. Aynı zamanda kontrol
sistemi üzerinde uygulanacak özel çevrimler ile de ayarlanabilir, ancak bu yöntem
hem pahalı olacaktır, hem de standart kontrol çevrimleri dışında uygulamaya özel birtasarım olacaktır. Çalışma noktasının kararlı olabilmesi için yük momentinin hıza
göre değişimi motor momentinin hıza göre değişiminden büyük olmalıdır.
Tepe torku :10,39 Nm
Hız:5651min−
Atalet:17,70 kgm2
Motor Bilgileri:
Tepe tork: 18 Nm
Atalet :21,241 kgm2
Atalet Oranı:
m
y
oran J
J J =
(II.25)
99,4=oran J
Adım 7
Motor ataleti ve yük ataletine göre ivmelenme torkunun hesabı:
Toplam atalet
01062,0= yük J kgm2
00212,0=motor J kgm2
01274,0=toplam J kgm2
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Silindirin önyükleme torku: 2 NmToplam tepe torku: 12,05 Nm
Adım 8
RMStork: 3,30 Nm
İzin verilen çalışma sıcaklığının aşılmaması için etkin moment değeri anma
momentinden küçük ve motor anma momentinin üstündeki yüklenme süreleri ısıl
dengeye erişme süresinden kısa olmalıdır. Yük momentinin etkin değerinin (RMS),sürekli çalışmadaki motor anma momentine eşit olması durumunda motor son
çalışma sıcaklığına ulaşır.[4,7]
Adım 9
Motor Boyunun ve Elektriksel Değerlerinin Kontrolü
Motor tipi, motor boyutu ile birlikte en düşük tepe akım değerine göre seçilir.
Tepe Tork : 12.05 Nm Hız : 565 min'1
; DC Bus 300 V (AC 230 V, 1 faz)
Adım 10
Sürücü tipinin seçimi:
Max. Tepe akımına göre sürücü seçilir.
Tepe akımı:10 A
Sürekli akım: 5 A
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Şekil III.3: Oransal Kontrolör Çıkışının Hata ile Değişimi [8]
Şekil III.2'de görüldüğü gibi belirli bir hata değerinde kontrolör çıkışı %100' e
ulaşarak doyuma girer. Hatanın daha da büyümesi kontrolör çıkışını etkilemez. Aynı durum kontrolör çıkışının %0’ a düştüğü zamanda da görülür. Kontrolör çıkışının %0
ile %100 arasında değişmesi sonucunu doğuran hata bölgesine "oransal bölge" adı
verilir. Oransa1 kazanç artıkça oransal bölge azalır. Oransal kazancın büyük olması
durumunda sistem davranışı kararsız olabilir. Oransal kontrolörün en büyük
dezavantajı kazancın sıf ır olduğu anda kontrolör çıkışının pratikte sıf ır olmasıdır.
Buna öteleme hatası denir.[8]
III.1.3. PI (Oransal İntegral) Kontrolör
Oransal kontrolörde öteleme hatasını önlemek için kontrolöre integral kontrol
elemanı ilave edilir. Böylece kontrolör çıkışı hatanın sadece o andaki değerine bağlı
olmayıp, geçmiş hata değerlerine de bağlı olur. İntegral kontrol aşağıdaki şekillerde
ifade edilebilir.
∫ =
t
dt t eKI t u0
).()( (III.8)
Burada KI integral kontrolörün kazancıdır. TI integral zamanı olmak üzere,
integral kontrolör kazancı ;
TI
KPKI =
(III.9)
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Burada T, ayrık sistemde örnekleme zamanıdır. Hatanın çok büyük olması halindeoransal kontrolörün doyuma girip kontrol etmediğini belirtmiştik. Bu durumda
integral kontrolör şekil III.3' deki oransal bölgeyi gerektiği kadar sola kaydırak
kontrolörün açık çevrim altında çıkışı görülmektedir.
Şekil III.5: PI Kontrolör Çıkışı [8]
III.1.4.PD(Oransal –Türevsel) Kontrolör
Hatanın çok hızlı değiştiği durumlarda oransal kontrolörlerde hatanın
değişimine oranlı bir terim ilave etmek gerekir. Bu da türevsel kontrolör ile
gerçekleştirilir. PD kontrol sürekli sistemde aşağıdaki gibi ifade edilir.
dt
t deKDt eKPt u
)()(.)( += (III.13)
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Burada KD türevsel kontrolörün kazancıdır. Türevsel kontrolörün transfer
fonksiyonu;
sKDKPsG .)( += (III.14)
şeklinde yazılabilir.
Denklem III.10’ da türevsel terim yaklaşık fark elemanları cinsinden ifade edilirse,PD kontrolörün ayrık zamandaki ifadesi aşağıdaki şekilde yazılabilir.
)1()()(.)( −−+= k ek eT
KDk eKPk U
(III.15)
Şekil III.6’ de PD kontrolörün açık çevrim koşulları altında çıkışı görülmektedir.[8]
Şekil III.6: PD Kontrolör etkisi [8]
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
III.1.6. KP, KI, KD Katsayılarının Sistem Üzerindeki Etkisi
Oransal denetleyicilerin (Kp), yükselme zamanını azaltmada etkisi vardır ve
azaltır, ama asla tamamen yok etmez (kararlı hal hatası). İntegral denetleyicinin (Ki)
karalı hal hatasının çıkarılmasında etkisi vardır ancak bu geçici tepkinin daha kötü
olmasına sebep olabilir. Türevsel denetleyicinin (Kd) sistemin kararlılığınınartmasında etkisi vardır, aşımı azaltır ve geçici tepkiyi düzeltir. Kapalı döngülü bir
sistemde, her bir denetleyicinin etkisi Kp, Kd ve Ki aşağıdaki tabloda özet olarak
gösterilmiştir.
Tablo III.1: PID Katsayılarının sistem üzerine etkisi [20]
CLTEPKİSİ YÜKSELME
ZAMANIAŞIM
YERLEŞME
ZAMANI
KALICI
HAL
HATASI
Kp Azalır Artar Az Değişir Azalır
Ki Azalır Artar Artar Yok olur
Kd Az Değişir Azalır Azalır Az Değişir
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
deneyimlerinden yararlanma yoluna gidilir. Uzman kişi özel değişkenler olarak
tanımlanan; uygun, çok uygun değil, yüksek, biraz yüksek, fazla, çok fazla gibi
günlük yaşantımızda sıkça kullandığımız kelimeler doğrultusunda esnek bir kontrol
mekanizması geliştirir. İşte bulanık küme teorisinin ve bulanık mantığın uygulaması olan bulanık mantık kontrol bu tür mantıksal ilişkiler üzerine kurulmuştur. Ayrıca
bulanık küme teorisinin günümüzde içerdiği diğer uygulama alanları ve tarihsel
gelişimi aşağıdaki gibi sıralanmıştır.
• Kontrol işlemi: (Mamdani, 1976: King and Mandanı, 1977; Rutherford
and Bloore, 1976; Braae and Rutherford, 1979; Tong, 1977; Kickert,
1976; Sugeno, 1985; Pedrycz, 1989; Huang and Tomuzuka, 1990; Liaw
and Wang, 1993; Yamakawa, 1993).
• Karar verme: Karar vermeyle ilgili ilk uygulamalar 1970 yılında
başlatıldı, (Bellman and zadeh, 1970) daha sonra karar verme
geliştirilmeye başlandı, (Yager, 1977; Tong ve Benissone, 1980; Watson
et. Al.)
• Görüntü tanıma: (Pal and Majunder, 1986; Kandel, 1982; Bezdek, 1981).
Klasik mantık iki mutlak sonuç içerir ve “0” ve “1” olarak tanımlanabilir.
Bulanık mantıkta ise [ 0,1] aralığında tanımlayabileceğimiz sonsuz değerli sonuçbulunmaktadır. Bu değerlere ise “üyelik derecesi” adı verilir. Klasik mantıkta bir A
kümesinin üye olma derece "0" veya "1" dir. Bulanık mantıkta ise µ A(x)∈ [0,1]
arasında değişmektedir. [23]
(a) (b)
Şekil III.17: (a): Klasik mantık ,(b): Bulanık mantık [23]
Şekil III.17.a-b de A uzun boylu insanlar kümesi h≥180 olarak tanımlanmış ve iki
mantığa göre kümeler çizilmiştir. Şekil III.17.a' da ki A kümesi keskin bir sınırla
ayrılmış, Şekil III.17.b' deki A bulanık kümesi ise belirsizliği tanımlamak ve hatayı
tolere etmek açısından farklı üyelik dereceleri kullanmıştır. h=179 cm klasik mantığa
göre uzun boylu insanlar sınıf ına giremezken, bulanık yaklaşımda belirli bir üyelik
derecesine sahiptir. Ve insan mantığını ve sübjektifliğini belirli oranda yansıtmış
olmaktadır[23].
Açıkça görülmektedir ki bulanık kümelerin kullanışlılığı; büyük oranda, farklı
kavramlara uygun üyelik derecesi fonksiyonlarını oluşturabilme becericisine
dayanmaktadır. Bu beceri, bulanık kümeler teorisinin ilk zamanlarında zayıf olsa da,
günümüzde birçok alanda gelişmiştir. En sık kullanılan fonksiyonlar kolaylık
açısından “üçgen” ve “yamuktur”. Fakat problemin tipine uygun küme biçimlerinin
seçimi performansı büyük oranda etkilemektedir.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Günlük kullanım diline ait olan; düşük, orta seviye, yüksek ve bunun gibi
kavramları temsil eden çeşitli bulanık kümeler bir değişkenin durumlarını
tanımlamak amacıyla kullanılırlar. Bu değişkenlere bulanık değişkenler ve onun
alt durumlarına da bulanık terimler denilir. Örneğin “ısı” kavramı kendi içinde
çok düşük, düşük, orta seviye, yüksek ve çok yüksek gibi durumlarla nitelenebilen
bulanık bir değişken olarak alınabilir. Bu durumda, [0,100] aralığında ki ısı değerlerine karşılık gelecek uygun bulanık kümeler sistemimize uygun bir şekilde
seçilmelidir. [24]
Isı değişkeninin klasik kümeler yardımıyla tanımlanması durumda ise;
üyelikler, keskin çizgilerle sınırlandırılmış olmaktadır. Şekil III.19’da 0-100 oC
arasında giriş sıcaklık değerlerinin bulanık ve klasik mantıkta nasıl ifade edildiği
gösterilmektedir.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Şekil III.19: Isı değişkeninin [0,100] aralığında aldığı alt durumların; bulanık (a) ve klasikdeğişkenler (b), yardımıyla gösterilmesi [24]
Bulanık değişkenler; kavramlara ait geçişleri eksiksiz bir şekilde yansıtabilirler.
Belirsizlik altında yapılan yöntem ve ölçümleri ifade etme de diğer yöntemlerden
daha başarılı sonuçlar vermektedirler. Geleneksel klasik değişkenler ise bu
kapasiteden yoksundurlar. Bir durumun klasik değişkenler yardımıyla tanımlanması
matematiksel olarak doğru olduğu halde, kaçınılmaz ölçüm hataları karşısında
gerçeğe uygunluk göstermez. Klasik mantıkta ara ve sınır değerlerde sonuç sadece
bir kümeye ait olmaktadır. Bundan da belirsizliklerin ifade edilemediği ve ihmallerin
yapıldığı anlaşılmaktadır.
Bulanık değişkenler; belirsizlikleri, deneysel verilerin bir parçası olarak ele
aldıklarından dolayı, gerçeğe daha uygundurlar ve olgular hakkında klasik
değişkenlere dayanan bilgilerden daha doğru bilgiler verirler. Ünlü fizikçi Einstein
bu durumu şu şekilde ifade etmiştir: “Matematiğin kavramları kesin oldukları sürecegerçeği yansıtmazlar, gerçeği yansıttıkları sürece de kesin değillerdir. Bu bağlamda
bulanık mantık matematiğin günlük hayata uygulanması denebilir. Çünkü gerçek
dünyada her an değişen durumlarda değişik sonuçlar çıkabilir.
Bulanık kümeler üzerine kurulan matematiksel yapı klasik matematikten daha fazla
açıklayıcı bir güce sahip olmasına rağmen; kullanılabilirliği, uygulama alanlarında
Çok düşük Düşük Orta seviye Yüksek Çok yüksek
1000
Üyel
ik
Isı OC
Isı OC 1000
Çok düşük Düşük Orta seviye Yüksek Çok
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
mekanizmasında ise kurallar dikkate alınarak sistem çıktılarının bulanık mantıkla
gösterimi sağlanır. Bu kural tabanı denetleyicinin en önemli kısmıdır. Burada veri
tabanını oluşturacak uzman bilginin toplanması, özellikle çok değişkenin kullanıldığı
karmaşık sistemlerde oldukça zordur. Bu işlem için geliştirilen yöntemler arasında
genetik algoritmaları, öğrenebilen yapay sinir ağlarını sıralayabiliriz.[13]
Kural tabanının tam(complete), tutarlı ve en önemlisi doğru olması için
karmaşık sistemlerde yardımcı yöntemlerin kullanılması kaçınılmazdır. Hangi
kuralların nasıl birleştirileceği durulama aşamasında belirlenir ve son aşama olan
oranlamada ise bu çıktılar fiziksel değerlere çevrilip uygun çarpanlarla oranlanır.
Denetleyici ile ilgili tüm bilgilerin bulunduğu bilgi tabanı, kuralların belirlendiği
“kural tabanı” ve diğer bilgilerin bulunduğu “veri tabanı” olarak iki kısımda
gösterilmiştir. Adaptif BMS’lerde bu bilgi tabanı denetleme sürecinde degüncelleştirilebilmekte ve bu denetleyicinin performansını arttırmada önemli bir rol
oynamaktadır. Bu gürültülü bir ortamda müzik sesinin yüksekliğinin, sessiz bir
yerdeki aynı müziğin sesine göre yüksek olarak sınıflandırılması gibi. Yani
ortamdaki değişikliklere göre tanımların ve kuralların da adaptif olarak değişebilmesi
gibi tanımlanabilir.[13]
Bulanık mantıkta bulanık kümeleri kadar önemli bir diğer kavramda
linguistik değişken kavramıdır. Linguistik değişken “sıcak” veya “soğuk” gibi
kelimeler ve ifadelerle tanımlanabilen değişkenlerdir. Bir linguistik değişkenin
değerleri bulanık kümeleri ile ifade edilir. Örneğin oda sıcaklığı linguistik değişken
için “sıcak”, “soğuk” ve “çok sıcak” ifadelerini alabilir. Bu üç ifadenin her biri ayrı
ayrı bulanık kümeleri ile modellenir.[14]
III.2.4. Kontroldeki uygulamaları
• Elektrikli ev aletleri
• Oto elektroniği, fren sistemleri
• Elektronik denetim sistemleri
• Karar Verme
• Proses Planlama
• Kameralar
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
1974 yılında Mamdani ve Assilian taraf ından ilk defa bir buhar makinasının
kontrolünün bulanık sistem ile modellenmesi çeşitli araştırma merkezlerinin bulanık
mantık ve sistemlerine ilgisini artırmıştır. 1978 yılında Holmblad ve Östergaard
bulanık sistem uygulamasını bir çimento fabrikasının işletilmesi ve kontrolü içinyapınca, bulanık kavramlar gittikçe yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu yaygınlaşma
özellikle Japonya, Singapur, Kore ve Malezya’da fazlaca kendisini göstermiştir.[14]
Bulanık mantık konusunda yapılan araştırmalar Japonya’da oldukça fazladır.
Özellikle bulanık process controller olarak isimlendirilen özel amaçlı bulanık mantık
Okyanuslarda delik açma için bulanık mantık kontrol sistemleri; bu proje, okyanusta
delik açarak elmas kaynağı bulma sistemi için bir kontrol sistemi geliştirmeyi
amaçlayan yaklaşımları ve konuları araştırmaktadır. Şu an, bu problem için önhazırlık olarak uyarlayıcı bulanık mantık kontrol ve diğer geçerli çözümler
değerlendirilmektedir.
Bulanık mantık ve genetik algoritma kullanılarak model tanımlama; bu araştırmanın
amacı, metabolik modellerin yapısının ve parametrelerinin tanımlanması için bulanık
mantık, genetik algoritma ve diğer optimizasyon tekniklerinin etkin kombinezonunu
araştırmaktır.
Bulanık modelleme için optimumluma kriteri; bu projenin amacı, bulanık
modellemede model karmaşıklığı ile veri uygunluğu arasında iyi bir değiş tokuş
yaparak elden çıkarma yoluyla başarı için optimum kriterin geliştirilmesidir.
Tıbbi görüntülemede örnek tanıma; bu proje, yeni bulanık tanıma teknikleri ve
bunların tıbbi görüntü analizine uygulanmasını araştırmaktadır.
Akıllı otoyol için olay tespit tabanlı bulanık mantık; bu projenin amacı, eşkenar
dörtgen şeklinde değişimli trafik huzursuzluğunu bulmak için bulanık mantık
uygulamaktır.
Bulanık mantık, ev ya da ev yönetimine özgü ve eğlence elektroniği, teşhis sistemleri
ve diğer uzman sistemler için olduğu kadar yer altı geçidi sistemlerinin kontrolü ve
karmaşık endüstriyel işlemler için de yararlı bir araç olarak ortaya çıkmaktadır.
Bulanık mantık, Birleşmiş Milletlerde keşfedilmesine rağmen, bu teknolojinin hızlı
gelişimi Japonya’ da başlamış ve şimdilerde ABD ve Avrupa’ ya ulaşmıştır.
Bulanık (bulanık), pazarlama için bir anahtar sözcük olmuştur. Bulanık bileşeni
bulunmayan elektronik makaleler yavaş yavaş dışlanılmaktadır. Japonya’da bulanık
araştırmaları muazzam bir bütçe ile desteklenmektedir. Avrupa ve ABD’ de
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Denklem IV.12 eşitliğindeki değer IV.11 eşitliğinde yerine konulursa;
j
t M
j
t w B
j
t Ki
dt
t dw y )()(.)()(−−=
(IV.13)
eşitliği elde edilir.[3]
Sistemin blok diyagramını çıkarabilmek için, başlangıç koşulları sıf ır alınarak (IV.9)ve (IV.13) eşitlikleri üzerinde laplace dönüşümünün yapılması gerekir.
(IV.9) eşitliği üzerinde laplace dönüşümü yapılırsa;
)()(.
)(. sw L
K
L
si R
L
Vssis −−=
(IV.14)
)()(.)(.)(.. sV sK si Rsis L +−−= ϖ (IV.15)
)()(.)(.)(.. sV sK si Rsis L +−=+ ϖ (IV.16)
)()())((. sK sV R Lssi ϖ−=+ (IV.17)
Ls R
sK sV si
+−
=)(.)(
)(ϖ
(IV.18)
elde edilir.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Doğru akım servo motorların hızları bir kaç metotla kontrol edilebilmektedir.Günümüzde özellikle klasik kontrol ve bir uygulaması olan PID kontrol, oldukça
yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Fakat lineer olan bu kontrol teknikleri nonlineer
sistemlerde kötü performans sergilediklerinden yeni arayışlar içine girilmiştir.[16]
Yapay Zeka (Artificial Intelligence) tekniklerinin ortaya çıkması ile insan
düşüncesinin mantıksal ve sezgisel yada objektif taraflarının kullanan metotlar
geliştirildi. Bu tekniklerden biri olan Bulanık Logic bir çok alanda kullanıldığı gibi
nonlineer sistemlerin etkili bir şekilde kontrolüne de olanak sağlanmıştır.[17]
IV.2.1. Doğru akım servo motorun klasik kontrolü
Güç elektroniğinde anahtarlama elemanı olarak tristörün kullanılmaya başlamasıyla
Doğru akım servo motorların hız ayarında ayarlı gerilim kaynakları ön plana
çıkmıştır. Daha sonraki yıllarda anahtarlama elemanı olarak MOSFET, IGBT ve
GTO gibi yarı iletken elemanlar kullanılmıştır.[18] Günümüzde de genel olarak
Doğru akım motor kontrollerinde aktuatör olarak bir PWM (Darbe Genişlik
Modülasyonu) ile Duty periyodu ayarlanak Doğru akım kıyıcıların iş yapma süreleri
değiştirilmesi ile sağlanan yapı kullanılmaktadır.
Doğru akım motorunun kontrolünde dikkat edilecek unsurlardan biri de yol alma
(starting) akımıdır.
Kalkış anında veya düşük bir set noktasından yüksek bir seviyeye geçerken motordan
yüksek bir akım geçer. Yüksek yol alma akım şebekemizde istenilmeyen parazitlere
neden olabilir ve motorumuza da zarar verebilir. Bu nedenle kontrolcümüz bir ak ım
kontrolcüsü de içermeli ve akımı belirli sınırlı içinde tutarak motorun yumuşak kalkış
sağlanmıştır.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Kontrolörde kullanılan insan deneyimi ve bilgisine dayalı kurallar ise:
1- Eğer Werr= cokaz => çıkış=arttır
2- Eğer Werr= az => çıkış=azarttır3- Eğer Werr= tamam => çıkış=tamam
4- Eğer Werr= fazla => çıkış=azazalt
5- Eğer Werr= cokfazla => çıkış=azalt
Kurallar çerçevesinde; oluşan üyelik fonksiyonları ağırlık merkezinin sayısal
karşılığı kontrolör çıkışının oluşturmaktadır.
Giriş ve çıkış üyelik fonksiyonları Bulanık Mantık Toolbox ile hazırlandıktan sonra
tasarıyı test etmek amacı ile modelleme MATLAB/Simulink®' te yapılmıştırr. 240V5HP Vf=240V'luk Doğru akım servo motoru değişik mekaniki yükler altında kontrol
edilecektir. Bunun için motordan alınan açısal hız bilgisi bulanık kontrolör bloğuna
iletilmektedir. Belirtilen esaslara göre çalışan bulanık kontrolör hazırlanan PWM
bloğuna Duty Periyodu bilgisini gönderir. PWM, 10 kHz' lik taşıyıcı frekansı sinyal
ile GTO kullanılarak tasarlanmış Doğru akım kıyıcı kontrol eder. Kıyıcı çıkışında
değişen gerilim motora, sürülmek vasıtasıyla hız ayarı yapılmış olur. Motoru yüksek
akımlardan korumak amacıyla armatürden geçen akım 30 A ile sınırlanmaktadır.
Akım 30 A'i geçtiğinde akım sınırlama bloğu, PWM çıkışı gönderilmesini engeller.
Dolayısıyla motora uygulanan gerilim kesilir çekilen akım düşer.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…
Model olarak alınan doğru akım servo motora herhangi bir kontrolör
uygulanmadan yol verildiğinde aşmanın olduğu ve sistemin 5 s gibi bir süre zarf ında
ancak karalı hale geçtiği gözlemlenmiştir.
Aynı modele klasik kontrol yöntemlerinden PID kontrol 2 farlı yük değerinde
uygulanmıştır. Motor 5 Nm’ lik mekaniki yük altında iken( Şekil V.9) verilen 120
rad/sn’ lik hız sınırında aşma olduğunu ancak sistemin 0,48 s gibi kısa bir sürede
kararlı hale gelmiştir ancak aşmanın önüne geçilememiştir. Akım değerleri verilen
sınırlar içinde olduğu gözlemlenmiştir. Daha sonra aynı modele 7 Nm’ lik mekaniki
yük uygulanmış(Şekil V.10) akım ,gerilim ve açısal hızdaki değişim incelenmiştir.
Çekilen akım bir öncekine oranla daha fazladır. Aşma yine gözlemlenmesine karşınsistem 0,58 s gibi kısa bir sürede kararlı hale gelerek verilen referans hız değerine
önemsenmeyecek bir mertebede gerçekleşmiştir. Son olarak yukarıda anlatılanların
aynı grafikte görülmesi için motor milinde 5 Nm’lik yük varken verilen referans
hızlarda bulanık ve pıd kontrolörlere ait hız –zaman grafiği verilmiştir.
Yapılan simülasyon çalışmaları sonucunda Bulanık ve PID kontrolörlerinolası çalışma şartlarında gösterdikleri performans görülmüştür. Bulanık kontrol, PID
kontrole göre daha geniş bir çalışma bölgesinde yüksek performans
gösterebilmektedir. Ayrıca, gerçekleme safhasında karşılaşılabilecek birçok önemli
duruma yönelik ön bilgiler elde edilmiştir.
Bunlardan biri; tanımlanan bulanık kümelerin sayısının arttırılması ile daha
iyi performanslara ulaşmanın mümkün olmasıdır. Fakat, gerçek zamanlı
uygulamalarda veya mikroişlemci ile gerçeklemede, işlem zamanı ve bellekte fazlayer kaplaması gibi olumsuz faktörler ile karşılaşılmaktadır. Bu da kontrolörün yavaş
çalışmasına neden olabilmektedir. Bir diğer önemli nokta ise bulanık kontrolde
optimum kümeleri oluşturmak üzere uzman deneyimlerine gerek duyulmasıdır.
Bulanık ve pıd kontrolörlerin birbirine yakın performans sergilemeleri aşırı
akım sınırlamasından kaynaklanmıştır. Çünkü akım sınırında çalışmada kontrol
işlemi gerçekleşmez.
Lineer sistemlerde başarılı performans sergileyen PID kontrol sitemi
nonlineer sistemlerde aynı başarıyı sergileyememiştir. Bulanık mantık nonlineer
sistemlerde de oldukça başarılı bir performans sergilemiştir. Günümüzde
mikroişlemci teknolojisinin gelişimi ile daha ucuza mal edilen kolay bir kontrolcü
imkanı sunar.
Yapılan bu çalışmalara ilave olarak Bulanık-PID ve Neuro-Bulanık hibrit sistemleri
uygulanabilir.
7/31/2019 Bulanik Mantik Yontemiyle Bir Servo Motorun Kontrolu Ve Geleneksel Yontemlerle Karsilastirilmasi the Comparing o…