1 of 34

1

Pnömatik Konum Kontrolü

28.12.2020

Sefa Buğra Uncu, Ahmet Aktaş

2 of 34

2

İçindekiler

1. Giriş

2. Çalışmanın Amacı ve Gerekçesi

3. Konu İle İlgili Çalışmalar

4. Test Düzeneği

5. Deneysel Çalışmalar

6. Sonuçlar

​

3 of 34

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 of 34

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 of 34

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 of 34

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 of 34

7

4. Test Düzeneği

U1

U2

8 of 34

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 of 34

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 of 34

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 of 34

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 of 34

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 of 34

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 of 34

14

5. Deneysel Çalışmalar

Basınç sensörünün karakterizasyonu yapılmıştır.

Basınç sensöründen alınan verilerin grafiği ‘’Simulate Signal’’ bloğu ile çizdirilir.

Basınç Sensör Karakterinin Programa Eklenmesi

15 of 34

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 of 34

16

5. Deneysel Çalışmalar

Sistem verilerinin eş zamanlı olarak belirtilen excel dosyasına yazdırılması sağlanır.

Veri Toplanması

17 of 34

17

5. Deneysel Çalışmalar

Kullanıcı Arayüzü Oluşturma

18 of 34

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 of 34

19

5. Deneysel Çalışmalar

 

Valflere gönderilen sinyallerin 0 – 5 volt arasında kalması sağlanır. Oransal valfler analog çıkış sinyalleriyle sürülür.

Kayan Rejimli Kontrol

20 of 34

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 of 34

21

5. Deneysel Çalışmalar

Kayan Rejimli Kontrol

22 of 34

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 of 34

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 of 34

24

5. Deneysel Çalışmalar

Sürekli Basınç Kontrolü

25 of 34

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 of 34

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 of 34

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 of 34

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 of 34

29

5. Deneysel Çalışmalar

İkili Kontrol

30 of 34

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 of 34

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 of 34

32

5. Deneysel Çalışmalar

PID Kontrol

33 of 34

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 of 34

34

Teşekkürler

28.12.2020