1
Pnömatik Konum Kontrolü
28.12.2020
Sefa Buğra Uncu, Ahmet Aktaş
2
İçindekiler
1. Giriş
2. Çalışmanın Amacı ve Gerekçesi
3. Konu İle İlgili Çalışmalar
4. Test Düzeneği
5. Deneysel Çalışmalar
6. Sonuçlar
3
1. Giriş
Pnömatik temiz olması atmosferden kolayca elde edilebilmesi ve depolanabilmesi, pnömatik sistemler ise endüstride ucuz olmaları, basit yapı ve ayarlanabilirlik özellikleriden dolayı tercih edilirler.
Havanın sıkıştırılabilir olması probleminden dolayı, endüstride silindirler genellikle iki konumda çalışırlar ve ikili konum kontrol valfleri ile kontrol edilirler. Bunlar açık konum yani, piston kolunun dışarıda olduğu durum ve kapalı konumdur. İki konumlu valfler dışından ara konumlandırma için kullanılan oransal valflerde vardır.
4
2. Çalışmanın Amacı ve Gerekçesi
Pnömatik konum kontrolü havanın sıkıştırılabilirliği ve sürecin temelde termodinamik bir süreç olması nedeniyle karmaşık bir problemdir. nedeniyle karmaşık bir problemdir. Ancak sistemin yüksek mertebeden olması ve darbe yutucu özellikleri, bilgisayarla kontrol durumunda düşük maliyetli donanımla akıllı kontrol algoritmalarının kullanılmasına uygundur. Bu çalışmada bu tür algolaritmalarının deneysel sınanmasını sağlayacak bir sistem oluşturulmuştur. Aşağıdaki kontrol algoritmaları sınanmış ve sonuçları incelenmiştir. Daha önce ikili valflerle denenmiş kontrol algoritmaları bu çalışmada oransal valflerle denenmiştir.
●Kayan Rejimli Kontrol
● İkili Kontrol
● Sürekli Basınç Kontrolü
● PID Kontrol
5
3. Konu İle İlgili Çalışmalar
Pnömatik sistemler ile ilgili çalışmalar 20.yüzyılın son çeyreğinden beri sürdürülmektedir.
[1] nolu çalışmada ikili kontrol valfleri ile ikili kontrol, DGM ile kontrol, hız geri beslemeli ikili kontrol ve kayan rejimli kontrol yöntemleri denenmiştir. Ayrıca oransal valfler ile sürekli basınç kontrolü yöntemine de yer verilmiştir.
Kayan Rejimli Kontrol > İkili Kontrol > Sürekli basınç kontrolü
[2] nolu çalışmada hız geri beslemesi yerine, basınç geri beslemesi kullanılarak sistemin basınç geri beslemeli kontrolü ve bulanık mantık kontrolü yapılmıştır.
[1] Koç, İ.M., 1998. Hassas ve katı Pnömatik konum kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[2] Cihan, S., 1999. Pnömatik konum kontrolu, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
6
3. Konu İle İlgili Çalışmalar
[3] nolu çalışmada DGM uygulanan bir deneysel sistemde, DGM algoritmasının geliştirilmesi ve sonuçlardan yararlanılarak sistemin matematiksel modelin çıkarılması üzerinde çalışmalar yapılmıştır.
[4] nolu çalışmada ikili kontrol valfleri ile hız geri beslemeli kontrol, kayan rejimli kontrol, DGM ile kontrol ve bulanık mantık kontrolü yapılmıştır.
Referansa en hızlı oturan: hız geri beslemeli ikili kontrol
[3] Karaca, B., Benligirayoğlu, H.B., Göksel, T.O., 2003. Pnömatik Konum Kontrolu ,Lisans Tezi, İ.T.Ü. Makina Fakültesi, İstanbul.
[4] Akdağ, F.N., 2006, Pnömatik Konum Kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
7
4. Test Düzeneği
U1
U2
8
4. Test Düzeneği
CDA2YL40-500
Çift Etkili, tek rodlu
Çalışma Basıncı : 0.2 - 7 Bar
Strok : 500 mm
Piston hızı : 5 - 500 mm/s
Silindir iç çapı : 32 mm
Piston çapı : 16 mm
Besleme Gerilimi : 24 Volt
Çıkış Gerilimi 0 - 5 Volt
SMC-VEP-3121-1-02
Etkin alan : 12 mm2
3/8 inch (10 mm) giriş
VEA 250
Silindir
Oransal Valf
Valf Sürücü Kartı
9
PSE510-R06
Besleme Gerilimi : 12 volt
Çıkış voltajı analog : 1-5 volt
Çalışma Aralığı : 0-10 Bar
Basınç Sensörü
Lineer Cetvel
SJ300-050
Besleme Gerilimi : 5 Volt
Cetvel uzunluğu : 500 mm
Çözünürlük : 1 μm
Çıkış Sinyali : A/B Kare dalga
4. Test Düzeneği
10
5. Deneysel Çalışmalar
| | |
VOLT | BAR | AÇIK/KAPALI |
1.2 | 0 | KAPALI |
1.3 | 0.06 | AÇIK |
1.4 | 0.26 | AÇIK |
1.5 | 0.43 | AÇIK |
1.6 | 0.6 | AÇIK |
1.7 | 0.74 | AÇIK |
1.8 | 0.94 | AÇIK |
1.9 | 1.11 | AÇIK |
2 | 1.28 | AÇIK |
2.1 | 1.5 | AÇIK |
2.2 | 1.64 | AÇIK |
2.3 | 1.81 | AÇIK |
2.4 | 1.97 | AÇIK |
2.5 | 2.15 | AÇIK |
VOLT | BAR | AÇIK/KAPALI |
2.6 | 2.33 | AÇIK |
2.7 | 2.5 | AÇIK |
2.8 | 2.67 | AÇIK |
2.9 | 2.85 | AÇIK |
3.0 | 3.0 | AÇIK |
3.2 | 3.37 | AÇIK |
3.4 | 3.71 | AÇIK |
3.6 | 4.0 | AÇIK |
3.8 | 4.41 | AÇIK |
4.0 | 4.76 | AÇIK |
4.2 | 5.1 | AÇIK |
4.4 | 5.45 | AÇIK |
4.8 | 6.14 | AÇIK |
5
| 6.49 | AÇIK |
y=1.736*x-2.183
Valf 1 Karakteri
11
5. Deneysel Çalışmalar
Valf 2 Karakteri
VOLT | BAR | AÇIK/KAPALI |
1.2 | 0 | KAPALI |
1.3 | 0 | KAPALI |
1.4 | 0 | KAPALI |
1.5 | 0 | KAPALI |
1.6 | 0 | KAPALI |
1.7 | 0 | KAPALI |
1.8 | 0 | KAPALI |
1.9 | 0.2 | AÇIK |
2 | 0.35 | AÇIK |
2.1 | 0.6 | AÇIK |
2.2 | 0.8 | AÇIK |
2.3 | 0.98 | AÇIK |
2.4 | 1.2 | AÇIK |
2.5 | 1.43 | AÇIK |
2.6 | 1.63 | AÇIK |
2.7 | 1.86 | AÇIK |
2.8 | 2.07 | AÇIK |
2.85 | 2.15 | AÇIK |
2.9 | 2.26 | AÇIK |
VOLT | BAR | AÇIK/KAPALI |
3.0 | 2.47 | AÇIK |
3.2 | 2.89 | AÇIK |
3.4 | 3.3 | AÇIK |
3.6 | 3.72 | AÇIK |
3.8 | 4.14 | AÇIK |
4.0 | 4.56 | AÇIK |
4.2 | 4.98 | AÇIK |
4.4 | 5.4 | AÇIK |
4.8 | 6.24 | AÇIK |
5
| 6.6 | AÇIK |
y=2.094*x-3.81
12
5. Deneysel Çalışmalar
2 Bar basınç altında yapılan deneyler sonucunda 2.6 ve 3 volttan sonra valfin sadece 2 bar basınç verdiği gözlenmiştir.
13
5. Deneysel Çalışmalar
BAR | BASINÇ SENSÖRÜ 1 | BASINÇ SENSÖRÜ 2 |
0 | 1.26 | 1.3 |
0.4 | 1.425 | 1.41 |
0.8 | 1.551 | 1.54 |
1.2 | 1.712 | 1.7 |
1.6 | 1.861 | 1.86 |
2 | 2.045 | 2.01 |
2.4 | 2.184 | 2.16 |
2.8 | 2.328 | 2.32 |
3.2 | 2.5 | 2.495 |
3.6 | 2.66 | 2.64 |
4 | 2.82 | 2.79 |
y = 2.56x -3.212
5. Deneysel Çalışmalar
Basınç Sensörü Karakteri
14
5. Deneysel Çalışmalar
Basınç sensörünün karakterizasyonu yapılmıştır.
Basınç sensöründen alınan verilerin grafiği ‘’Simulate Signal’’ bloğu ile çizdirilir.
Basınç Sensör Karakterinin Programa Eklenmesi
15
5. Deneysel Çalışmalar
Cetvelden gelen A/B kare dalganın konum verisine dönüştürüldüğü bloktur.
Aynı blok üzerinde referansa bağlı olarak konum hatası bulunur.
Konumun türevi alınarak hız değerine geçilir.
Konum Verisinin Programa Eklenmesi
16
5. Deneysel Çalışmalar
Sistem verilerinin eş zamanlı olarak belirtilen excel dosyasına yazdırılması sağlanır.
Veri Toplanması
17
5. Deneysel Çalışmalar
Kullanıcı Arayüzü Oluşturma
18
5. Deneysel Çalışmalar
Kayan Rejimli Kontrol
Koç, İ.M., 1998. Hassas ve katı Pnömatik konum kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
19
5. Deneysel Çalışmalar
Valflere gönderilen sinyallerin 0 – 5 volt arasında kalması sağlanır. Oransal valfler analog çıkış sinyalleriyle sürülür.
Kayan Rejimli Kontrol
20
5. Deneysel Çalışmalar
Deney 1 | Deney 2 | Deney 3 | Deney 4 | Deney 5 | Deney 6 | Deney 7 | Deney 8 | Deney 9 | Deney 10 | |
199.641 | 199.678 | 199.753 | 199.793 | 199.795 | 199.658 | 199.708 | 199.666 | 199.794 | 199.791 | Ölü Bölge=0.2 |
199.881 | 199.899 | 199.894 | 199.63 | 199.897 | 199.843 | 199.899 | 199.867 | 199.831 | 199.548 | Ölü Bölge=0.1 |
199.946 | 199.937 | 199.875 | 199.894 | 199.875 | 199.941 | 199.949 | 199.768 | 199.904 | 199.847 | Ölü Bölge=0.05 |
199.976 | 199.934 | 199.958 | 199.976 | 199.97 | 199.909 | 199.917 | 199.979 | 199.976 | 199.962 | Ölü Bölge=0.02 |
Referans : 200 mm
Ortalama Hata (%) |
0.13615 |
0.09055 |
0.0532 |
0.02215 |
Kayan Rejimli Kontrol
21
5. Deneysel Çalışmalar
Kayan Rejimli Kontrol
22
5. Deneysel Çalışmalar
Kp : 5 alınmıştır. Hata max 200 mm olarak alınır.
Verilen sinyal 0-1000 ile orantılı olarak oluşturulur.
U1 = 2.3 + (e*0.32)/1000
U2 = 2.78 - (e*0.48)/1000
Error 0-200 arası değer alır. Bu durumda U1 sinyali artarken
U2 sinyali azalmaktadır.
Silindir referans noktasına geldiğinde U1 =2.1, U2 =2.78 sinyalleri oluşturulur.
Sistemin sürekli basınçlandırılması sağlanır.
Sürekli Basınç Kontrolü
23
5. Deneysel Çalışmalar
Deney 1 | Deney 2 | Deney 3 | Deney 4 | Deney 5 | Deney 6 | Deney 7 | Deney 8 | Deney 9 | Deney 10 | |
201.033 | 200.349 | 199.926 | 199.9 | 199.917 | 199.897 | 199.839 | 199.821 | 199.815 | 199.771 | Ölü bölge=0.2 |
199.939 | 199.799 | 199.673 | 199.934 | 199.701 | 199.557 | 199.1 | 198.9 | 199.05 | 199.012 | Ölü bölge=0.1 |
Ortalama Hata (%) |
0.1248 |
0.26675 |
Sürekli Basınç Kontrolü
24
5. Deneysel Çalışmalar
Sürekli Basınç Kontrolü
25
5. Deneysel Çalışmalar
Bu kontrol yöntemi sistemin referans noktası etrafında sürekli salınımına sebep olur.
Sistemin referans konumu etrafındaki salınımını
ortadan kaldırmak için, referans konumu etrafında ölü bölge tanımı yapılmıştır.
İkili Kontrol
Koç, İ.M., 1998. Hassas ve katı Pnömatik konum kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
26
5. Deneysel Çalışmalar
e > 0 → U1 = 1.3 + e*0.015, U1 > 5 → U1 = 5
e < 0 → U2 = 1.9 + e*0.015656, U2 > 5 → U2 = 5
U1 = 2.1, U2 = 2.78
İkili Kontrol
27
5. Deneysel Çalışmalar
e > 0 → U1 = 1.3 + e*0.015, U1 > 5 → U1 = 5
e < 0 → U2 = 1.9 + e*0.015656, U2 > 5 → U2 = 5
U1 = 2.1, U2 = 2.78
İkili Kontrol
28
5. Deneysel Çalışmalar
Deney 1 | Deney 2 | Deney 3 | Deney 4 | Deney 5 | Deney 6 | Deney 7 | Deney 8 | Deney 9 | Deney 10 |
199.307 | 199.147 | 198.799 | 199.148 | 199.792 | 198.672 | 200.548 | 201.409 | 201.421 | 201.17 |
Ortalama Hata |
0.48415 |
İkili Kontrol
29
5. Deneysel Çalışmalar
İkili Kontrol
30
5. Deneysel Çalışmalar
PİD Kontrol Kanunu
KP = 0.021 |
Ki = 0.06 |
Kd = 0.011 |
Valflere gönderilen sinyallerin 0 – 5 volt arasında kalması sağlanır. Sinyal 5 volttan büyük olursa valfe 5 volt gönderilir. Sinyal 0 volttan küçük olursa valfe 0 volt gönderilir.
PID Kontrol
31
5. Deneysel Çalışmalar
Deney 1 | Deney 2 | Deney 3 | Deney 4 | Deney 5 | Deney 6 | Deney 7 | Deney 8 | Deney 9 | Deney 10 |
199.266 | 202.975 | 199.338 | 203.017 | 197.83 | 199.756 | 200.462 | 201.649 | 201.744 | 199.893 |
KP = 0.021 |
Ki = 0.06 |
Kd = 0.011 |
Ortalama Hata |
0.6882 |
PID Kontrol
32
5. Deneysel Çalışmalar
PID Kontrol
33
6. Sonuçlar
1. Kayan Rejimli Kontrol
Ortalama Hata Oranı % 0.02215
2. Sürekli Basınç Kontrolü
Ortalama Hata Oranı % 0.1248
3. İkili Kontrol
Ortalama Hata Oranı % 0.48415
4. PID Kontrol
Ortalama Hata Oranı % 0.6882
34
Teşekkürler
28.12.2020