Geri Dön

Endüstriyel otomasyonda bir bulanık mantık uygulaması

A Fuzzy logic application in industrial automation

  1. Tez No: 101206
  2. Yazar: S. BÜLENT YAKUPOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF.DR. NEJAT TUNÇAY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2000
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 110

Özet

ENDÜSTRİYEL OTOMASYONDA BİR BULANIK MANTIK UYGULAMASI ÖZET Son yıllarda endüstriyel otomasyon sistemleri giderek daha büyük ve karmaşık sistemlerden oluşmaya başladılar. Bütün bu gelişmelerin temelinde genel süreç kontrolünün müdahalesiz gerçekleştirme çabası yatmaktadır. Oysa endüstriyel süreçlerde bir çok uygulama insan sağduyusuna ve tecrübelerine gereksinim duyar. Bu tür çalışmalar için klasik mantık yetersiz kalmaktadır. Çünkü klasik mantık çok katı sınırlara sahiptir. Klasik mantığa göre bir olay ya 'vardır' yada 'yoktur', su ya sıcaktır yada soğuktur. Bulanık mantık ise bu tür kesin tanımlan ret eder. Bulanık mantık su sıcaklığını büyük, küçük, orta, pozitif büyük, negatif orta gibi kavramlarla tanımlar. Prof. Dr. Lotfi Zadeh 1965 yılında bulanık küme kavramım ileri sürdü. Bulanık kümenin bir elemanı üyelik dereceleri olarak adlandırılan bir kümeye farklı derecelerde ait olma yeteneğine sahip olabiliyordu. Bir kümenin farklı üyelik derecelerine sahip elemanlarının olabilmesi iddiası, tecrübeye dayalı sistemlerin oluşturulmasını çok kolaylaştırmıştır. Elbette bir büyüklüğün ( hızın ) miktarını belirten sayısal değerleri ile dilsel değişkenler ( kelimeler ) arasında bir bağıntıyı verecek yöntemler tanımlamak zorundayız. Bu ilişkide şekil 1 ' de verildiği gibi üyelik fonksiyonları ile tanımlanır..yavaş orta, hızlı m/saat Şekil 1. Üyelik Fonksiyonları Burada farklı deneyimler örnekte yavaş, orta ve hızlı olarak verilen üyelik fonksiyonlarının hangi sayısal değerlere denk düşmesi gerektiğini belirleyecektir. Üyelik fonksiyonlarını birbirleri ile ilişkilendirmek için kısmen üst üste getirmek oldukça iyi fikirdir ve genelde daha kararlı sonuçların bulunmasını sağlar. Üyelik fonksiyonları düz çizgilerden oluşmak zorunda değildir, eğrilerle de gösterilebilir^ xrvendüstriyel otomasyonda bmk Son yıllarda bulanık mantığın endüstriyel otomasyon uygulamaları içinde geniş bir potansiyele sahip olduğu kanıtlanmıştır. Hepsinden önemlisi mühendisler için bu uygulama alanında geliştirilen kavramlara duyulan güven artmıştır. Dijital kontrol için genelde programlanabilir lojik kontrolörler kullanılmaktaydı. Bu kontrolörlerin programlamaları elektriksel bağlantı şemalarına benzetilerek oluşturulan merdiven (ladder) diyagramların kullanılmasıyla yapılmaktadır. Sürekli ve hassas kontroller için ise yine bu kontrolörlerin baza modellerinde bulunan PID kontrol yöntemleri kullanılmaktadır. PID tipi kontrolörler çalışma koşulu sürekli ve değişmeyen bir proses için iyi sonuçlar verirken, sistem içinde aşağıda verilen durumlar oluşuyorsa yetersiz kalmaktadır.. Büyük ve etkin bozuk etkiler oluşuyorsa ( lineerlik yok ). Zamana bağlı değişkenler proseste etkin ise ( lineerlik yok ). Ölü zamana sahip bir sistem ise. Sonuç olarak lineer çalışmanın etkin olduğu uygulamalar için PID kontrolörler kullamlmaktadır. Belirli bir kararlı durum içinde kontrol edilen bir proseste ani ve çok büyük değerde bozuk etkiler oluşabilir. Bu etkilerde sistemin, ayar edilen ve çalışması gereken ayar noktalarından farklı noktalarda çalışmasına neden olur. Genellikle lineer mantığın kullanıldığı kontrolörler bu durumlarda kullanılamazlar. Bütün bunlar sistemin zamana bağlı parametreleri etkin ise de geçerlidir (Şekil 2). Lineerliğin kaybolduğu durumlarda çeşitli kontrol mantıkları ve kavranılan ortaya atılmıştır. Bu kavramlar içinde en çok ilgi gören ve en çok uygulama alam bulan kavram bulanık mantık kavramıdır. Bulaıuklaşün Kurallar Durulama ' Inc..Dec. ölçülen değerler BID -?.-.Rracess Şekil 2. Bir bulanık mantık tabanlı kontrol sistemi. Bu tez de endüstriyel uygulamalarda geniş bir uygulama sahası bulan bulanık mantık kontrolörler incelenmiş ve bulanık mantık bir saç kesme sürecine uygulanmıştır. Genel olarak tez sekiz ana bölümden oluşmuştur. Birinci ve ikinci bölümlerde XVbulanık mantık kavramı üzerinde durulmuştur. Birinci bölün bulanık küme kavramım ve matematiksel ilişkileri açıklamaktadır. İkinci bölümde ise bir bulanık mantık kontrolör tasarım yöntemi verilmiş ve örnekle gösterilmiştir. Üçüncü ve dördüncü bölümler ise sistemde kullanılan serbest uyarmalı doğru akım motorunun ve sürücüsünün açıklanmasına ayrılmıştır. Beşinci bölümde ise süreçte kullanılan diğer kontrol ekipmanları olan servo motor, PLC ve ultrasonik algılayıcı özellikleri ve çalışma prensipleri açıklanmıştır. Altıncı bölüm bulanık mantığın uygulandığı sürecin incelenmesini ele alır. Yine bu bölümde tasarlanan bulanık saç kesme sistemi verilmiştir. Yedinci bölümde bulanık saç kesme sisteminin benzetişimi yapılmış ve bu benzetişim modeli için bulunan sonuçlar verilmiştir. Son bölümde de bu çalışma ile ilgili yorumlar verilmiştir. Bu tip uygulamalar için bulanık mantığın avantaj ve dezavantaj lan tartışıldı. BMK ile kontrolün klasik PLC uygulamalarına göre daha iyi cevaplar ürettiği gösterilmiştir. Son olarak, ileride yapılacak uygulamalar için önerilerde bulunulmuştur. XVI

Özet (Çeviri)

A FUZZY LOGIC APLICATION IN INDUSTRIAL AUTOMATION SUMMARY The automation systems have become larger and more complex recently. The main reason behind this trend is the need for developing a process control system that doesn't require any human interventions. On the other hand, in industrial process the human experience and knowledge is often required. For that type of applications, conventional logic is not sufficient, since it has strictly defined boundaries. For conventional logic which use crisp set theory, a phenomena is either valid or not. Water is either hot or cold. However fuzzy logic rejects these type of defined boundaries. For example, water temperature is represented with the values as high, very high, medium low, very low. In 1965, Lotfi Zadeh proposed the idea of a fuzzy set, a fuzzy set is one to which objects can belong to different degrees, called grades of membership. This simple idea of different grades of membership in a fuzzy set is extremely helpful in constructing expert systems. For example, we have to define in some way how to go back and forth between the description of speed in numbers and the description of speed in words. This is done through defining membership functions, which look something like this: Confidence 1000 +- 800 | \ // \ / Slow 600 | \/ y Medium 400 | /\ /\ ? Past 200 I / 0 JL Speed: 0 20 40 60 80 mph Figure 1. Membership functions. Different experts would have different feelings about what speeds should be classified as Fast, Medium or Slow. Leaving a good deal of overlap on the adjacent membership functions is a very good idea; it lends robustness to the reasoning system. Membership functions need not be made up of straight lines; curvilinear shapes are available. FUZZY LOGIC IN INDUSTRIAL AUTOMATION It has been proven that there is a great potential for fuzzy logic applications in industrial automation. More of all, the trust on these recently developed concepts, XVIIhave been substantiated among engineers. Generally programmable logic controllers are used for digital control. For continuos and delicate control applications, PID (proportional-integral-derivative) control methods are preferred. Although PID controllers produce satisfactory performance for continuous time variant processes, under the following cases they become unsatisfactory;. If large and effective distortions occurs (non-linear). If time variant parameters effective on process,. If systems has dead times. In summary, PID controllers are used for linear control systems. For processes where control is achieved in a limited stable region, an instant and large disturbance may be developed. Under this condition, the operation point may shift from the desired tuned value. Under these circumstances the linear control methods are not used. These arguments is valid also for the systems, that parameters are time variant. The fuzzy logic produce effective solutions for that type problems. For controlling the multivariate controllers, fuzzy logic utilise the experimental data or the experience of the operators, instead of mathematical models. In figure 2 a general structure for fuzzy logic based control system used in industrial automation is shown. Fuzzffication Inference Defuzzification InciDec. Measured Variables Process Figure 2 A structure for fuzzy logic based control system In this thesis a fuzzy logic and fuzzy logic controllers are studied and, their applications on a strip-steel rolling and cutting process is investigated. The thesis has eight main chapters. In the first and second chapters are developed the fuzzy logic. The first chapter deal fuzzy sets and their mathematical relations. The second chapter, presents a controller design example takes place in the same chapter the third and fourth chapters are devoted to self excited direct current motors and their drivers. The fifth chapter gives the operational principles about servomotors, programmable logic controllers and ultrasonic sensors. The chapter six presents the properties of strip steel cutting process and fuzzy logic application to this process. Seventh chapter deals with the simulation of the fuzzy logic controlled steel cutting XVfflprocess and presents the computational performance values. The comparison between conventional PLC control and fuzzy logic control is presented. The final chapter gives the conclusions of this study. It also briefly evaluates the advantages and disadvantages of the fuzzy logic control for this type of applications. It is shown that, fuzzy logic steel-cutting process produce a robust control over the conventional PLC control process. XIX

Benzer Tezler

  1. Tez No

    116118

    Production, assembly and applicaton of an industrial robot

    Endüstriyel bir robotun imalat, montaj ve uygulaması

    OYKUN EREN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2001

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİLGİN KAFTANOĞLU

  2. Tez No

    128500

    Talaşlı imalat tezgahlarında algılama ve takip sistemlerinin araştırılması ve geliştirilmesi

    Investigation and development of sensing and monitoring systems for metal cutting processes

    İSMET GÜCÜYENER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ Üniversitesi

    DOÇ. DR. ELDAR MUSAYEV

    PROF. DR. ERDAL EMEL

  3. Tez No

    93497

    Geleneksel takım tezgahlarının PLC yardımıyla programlanabilir hale dönüştürülmesi

    Retrofitting of convantionel tool machine to programmable

    MUSTAFA KEMAL KÜLEKCİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2000

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Endüstriyel Teknoloji Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. FARUK MENDİ

  4. Tez No

    198984

    Bir endüstriyel taşıyıcı ve servo mekanizmalı malzeme değiştirici mobil robotun gerçekleştirilmesi ve bulanık mantık temelli çizgi takip kontrolü

    Realization of an industrial mobile transporter robot with servo-mechanism for material handling and its fuzzy logic based line tracking control

    HÜSEYİN AYHAN YAVAŞOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. ŞEREF NACİ ENGİN

  5. Tez No

    455424

    Slip-slide control system for railway vehicles

    Demiryolu araçları için kayma-kızaklama kontrol sistemi

    ÖNCÜ ARARAT

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET TURAN SÖYLEMEZ

Geri Dön