FPGA tabanlı genel amaçlı dı̇jı̇tal ikı̇z sı̇stemı̇nı̇n gelı̇ştı̇rı̇lmesı̇ ve robot sı̇mülatörü ı̇le bı̇rlı̇kte kullanılması
Development of an FPGA-based general purpose digital twin and using az co-simulator with robot simulator
- Tez No: 791412
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMÜR AYDOĞMUŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Fırat Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bilgisayar Sistemleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Endüstriyel uygulamaların birçoğu gerçekleştirilmeden önce, modellenerek, benzetim ortamında kontrol edilerek veya test edilerek incelenmektedir. Bu, kontrol sistemlerini tasarlamak, test etmek, süreç performansını optimize etmek veya operatörleri eğitmek için kullanılmaktadır. Genellikle, işletim sistemiyle çalışan bilgisayar tabanlı sistemlerle kolayca elde edilebilen bu benzetimler, yazılımsal bir bakış açısı sunar ve bu nedenle modellenmiş sistemin çalışma süresi ile benzetim süresi arasında büyük farklar oluşabilmektedir. Bu problemi çözmek için, gerçek zamanlı çalışabilen Gerçek Zamanlı Dijital Simülatör (Real Time Digital Simulator RTDS) veya dijital ikiz fikri ortaya çıkmıştır. Dijital sistemler, paralel çalışma kabiliyetine sahip olan Sahada Programlanabilir Kapı Dizileri (Field Programmable Gate Arrays FPGAs) gibi çözümlerle ihtiyacı tatmin edici bir şekilde karşılayabilmektedir. Bu tez çalışmasında, sabit mıknatıslı doğru akım motoru modellenerek FPGA üzerinde gerçek zamanlı olarak çalıştırılmıştır. Aynı koşullar altında, hem gerçek motor hem de modellenmiş FPGA tabanlı dijital ikizi gerçek zamanlı olarak çalıştırılmıştır. Hem dijital ikiz motorun hemde gerçek fiziksel motorun armatür akımları ve motor hızları anlık olarak aynı osiloskop ekranında incelenmiştir. Sonuçlar, dijital ikiz motor ile gerçek motor arasında yüksek doğrulukta benzer dinamiklerin elde edilebileceğini göstermiştir. Ayrıca PMDC motorların FPGA temelli dijital ikizi, robot simülasyon programı olan Webots uygulaması ile bir diferansiyel tahrikli mobil robotun motorlarının elektriksel tepkilerinin simülasyonu için ek simülatör olarak kullanılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda motorun akım, hız ve moment değişkenleri farklı yük ve yörüngeler için elde edilmiştir. Önerilen sistemle gerçek zamanlı uygulama ortamlarının dijital ikizlerinin elde edilebileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Many industrial applications are examined before being implemented through modeling, control in a simulated environment, or testing. This is used to design control systems, test them, optimize process performance, or train operators. These simulations are usually easily obtained using computer-based systems that work with an operating system and offer a software-based perspective, resulting in significant differences between the simulation time and the working time of the modeled system. The idea of a Real-Time Digital Simulator (RTDS) or digital twin, which can work in real-time, has emerged to solve this problem. Digital systems can meet this need satisfactorily with solutions such as parallel working capability of Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). In this thesis, a permanent magnet direct current motor is modeled and operated in real-time on an FPGA. Both the real motor and the modeled FPGA based digital twin are operated in real-time under the same conditions. Armature currents and motor speeds of both physical motor and its digital twin were observed simultaneously on the same oscilloscope screen. The results showed that similar dynamics can be obtained with high accuracy between the digital twin motor and the real motor. In addition, FPGA-based digital twin of PMDC motor used as co-simulator with Webots application which is used to simulate robots, for electrical responses of motors of a differential driven mobile robot, and the current, speed, and moment variables were obtained for different loads and orbits in real-time. The proposed system demonstrates that digital twins of real-time application environments can be obtained.
Benzer Tezler
- FPGA based hardware accelerator for euler equations with finite volume method
Euler denklemleri için sonlu hacimler yöntemi ile FPGA tabanlı donanım hızlandırıcı
EMİNE ELİF YİĞİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ
- Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri'nde i̇şaret üretimi ve süzgeçlerin gerçeklenmesi
Implementation of Signal Generation and Filters on Field Programmable Gate Arrays (FPGA)
ZEYNEP KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EROL SEKE
- A refined methodology tor model-based FPGA hardware design: An example of quadrotor dynamical model implementation
Model tabanlı FPGA donanımı tasarımında iyileştirilmiş bir yöntem sistemi: Bir dört rotorlu için dinamik model gerçekleme örneği
SEZER MEMİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ
- Design and production of benchtop x-ray imaging system
Masaüstü x-ışını görüntüleme sisteminin dizaynı ve üretimi
MEHMET ERHAN EMİRHAN
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENAP ŞAHABETTİN ÖZBEN
- Fpga based reprogrammable motherboard & daughter board circuits design and applications
Fpga tabanlı tekrar programlanabilir ana & yardımcı devre kart tasarımı ve uygulamaları
MUHAMMET FURKAN İLASLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAHİR ÇETİN AKINCI