Elektrikle tahrik edilen tek serbestlik dereceli dinamik bir sistemin kontrol sistem tasarımı ve simülasyonu
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 98378
- Danışmanlar: DOÇ.DR. MUAMMER KALYON
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1999
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 40
Özet
ELEKTRİKLE TAHRİK EDİLEN TEK SERBESLIK DERECELİ DİNAMİK BİR SİSTEMİN KONTROL SİSTEM TASARIMI VE SİMÜLASYONIJ ÖZET Günümüzde artan trafik sorunun çözümünde raylı sistemler büyük önem taşımaktadır. Elektrik motorlarıyla tahrik edilen bu sistemlerin tasarımında en önemli olan motorlarının kontrolüdür. Bu kontrolün amacı, elektrik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren motorun, pozisyon ve hız kontrol ederek, vagonun verimli ve güvenli bir şekilde hareket etmesi sağlanmaktadır. Bu günün teknolojisinde, değişen hız ve tork kontrolünde doğru akım motorları (DC) kullanılmaktadır. Bu tezde, doğru akım motorunun, rotor ve uyarma akımı kontrol çevriminde yer alan, PID kontrol elemanlarının tasarımı ve simülasyonu yapılmıştır. Bu elemanlarının tasarımda üç aşama takip edilmiştir. Birinci aşamasına DC motor tahrikli bir vagonun fiziksel özelliklerine göre matematiksel formilasyonu çıkarılmıştır. Bu formilasyonda, sistemin dinamik hareketini belirten denklemler hem de elektrik uyarlamasını yöneten denklemler yer almaktadır. Şekilde gösterilen sistemin dinamik denklemi Newton yasası gereğince TR rz FT*. 1.7-: &ff..3^.rt? 1 me ?> *' Şekil. 1 Tek Serbestlik Dereceli Sistem(Vagon) F-TB= m. dV_ dt yazılmıştır. Modellenminin ikinci kısmı olan rotor akımının modellenmesi, motorun çalışma ve frenleme modlan göz önüne alınarak yapılmıştır. (Burada her iki mod için GTO( Kapıdan tıkanabilen tristör )'nun açık yada kapalı olmasına göre iki durum söz konusudur.) Bir sonraki aşamada model denklemleri kullanarak filtre katına ilişkin transfer fonksiyonu, motor gurubuna ilişkin transfer fonksiyonları vııTe=4ktiq Ve(s) = [(2Lq + L2)s + 2Rq+R2\lq{s) + 2kJa> Vf(S) = 2(Rf+sLf)lf(s) çıkanlmıştır. Bu transfer fonksiyonları kullanarak Doğru Akım Motor Gurubu Şekil 2. Doğru akım motor grubu Uyarma Akımı Rotor Akımı Akı Moment Tr[N] Yük kuvveti Vagon yük sistemi Şekil 3 Vagona uygulanan yük kuvvetlerinin üretilmesi Blok filtre katına, motor gurubuna ve vagona uygulanan yük kuvvetlerinin blok diyagramı oluşturulmuştur. Bu blok diyagramları sistemin fiziksel modelini tamamlamaktadır. Bununla beraber DC motor kontrolünde etkili olan rotor ve uyarma akımı kontrol çevriminin de geçen, kontrol elemanları (PI) VlllY(s) şeklindedir. KONTROL ORGÂNI(PI) Şekil 4. Kontrol Elemanı Kontrol guruplarını içeren blok diyagramı ve yukarı da motor gurubuna, yük gurubunu içeren blok diyagramları Simulink programı kullanarak simülasyonu yapılmıştır. Yukarıdaki blok diyagramlarının simülasyonu sonucunda 20 40 60 t(san) 80 100 40 60 t(san) 100 Şekil 5. Sisteme PI uygulandığında, dinamik sistemin ivme ve hızının değişimi Sisteme kontrolör olarak PI (Proportional-plus-Integral) uygulandığında istenilen referans ivmeye ve hıza ulaşıldığı görülmüştür. Fakat giriş hat geriliminin (750V) sabit olması nedeni ile yaklaşık 18 san sonunda referans ivmeden uzaklaşmaktadır. Çalışmalar sonucunda sistemin referans değere ulaşabilmesi için giriş hat geriliminin artırılması, yüksek hızlara ulaşılabilmesi içinde alan zayıflatılması yapılması gerektiği görülmüştür. Sisteme PI kontrol elemanı parametrelerinin bazılarında %50 değiştirildiğinde, ulaşım sisteminin ivme ve hızında ufak değişiklikler olmaktadır. Sistemde bazı kontrol parametrelerinin parametre değişimine karşı dayanıklı olduğu söylenebilir. Sadece P(Orantı) kullanıldığında sistem istenilen ivme referansına ve hızına ulaşamamaktadır. İstenilen sistem performansı elde edilememekte ve tek başına yetersiz kalmaktadır. Türev (D) etkisi göz önüne alındığında, türev etkisinin sistemi arzu edilmeyen durumlara soktuğu görülmektedir. Sonuçta DC motor kontrolünde PI kontrol uygulanması gerekliliği ortaya konmuştur. IXPED konfor yönünden yeterli olmamasına rağmen ulaşım sistemlerinde kullanılmaktadır. Ancak son yıllarda ulaşım sistemlerinde bulanık kontrol“Fuzzy Control”algoritmaları kullanılmaya başlamıştır. Bu kontrolün Japonya' da bir ulaşım sistemine uygulandığı ve Avrupa' da bu konuda çalışmalar olduğu bilinmektedir. Simülasyon programı modüler yapıda olduğundan farklı kontrol stratejileri uygulanmasına elverişlidir.
Özet (Çeviri)
MODELLING AND SIMULATION OF AN ELECTRICALLY DRIVEN ONE DEGREE OF FREEDON MECHANICAL SYSTEM SUMMARY Recently LRW systems are of great importance in solving traffic problems of big cities. Motor control is the most important part in modeling LRW systems driven by an electric motor. The purpose of this control is to provide efficient and trusty motion of train, by controlling the motor, which transforms electric energy to mechanic one. Usually DC motors are used to control variable-speed and torque systems. In this thesis modulation and simulation of PID controllers, included in both armature and field current circuits are performed and results are presented. Here (in present work) the investigation of PID controllers is done in three stages: In the first stage according to physical structure of DC driven train the mathematical formulation of the system is estimated. It includes both equations governed dynamic motion and electric behavior (accommodation) of the system. The governing equation of dynamic system given in Fig. 1 is written according to Newton second law. ? v TR * Figure. 1 One degree of freedom system F°-TR=m°-â Modulating armature current considering both motoring and breaking modes of the motor continues mathematical formulation further. (Here in response to GTO state (on/off) for every of two modes two different cases are possible) In the second stage of PID investigation so derived equations are used to obtain transfer functions of both motor and filters models. XITe=4ktiq VM = [(2Lq+L2)s + 2Rq+R2\lq(s) + 2kJto Vf(s) = 2(Rf+sLf)lf(s) Making use of these transfer functions Doğru Akım Motor Gurubu Figure 2. Dc motor modeler Field Current Armature Current Flux Moment Vagon yük sistemi Figure 3. Block Diagram of Load forces block diagrams of load forces acting on filters module, motor module and train are constituted. Further, in Figure 4, block diagram of PI control elements included in the armature and field current circuit of DC motor is given. Than“Simulink”computer program simulations of armature-controlled and field current-controlled block diagrams is performed as well as motor and load modules block diagrams. XllY(s) i I KONTROL ORGÂNI(PI) Figure 4. Controller As consequence of this simulation times-speed and time acceleration variations of dynamic system are presented in figure 5. 20 40 60 t(san) 80 100 40 60 t(san) 100 Figure 5. Speed and acceleration variation in the PI controlled system. When applied to the system PI(Proportion-pulse-Integral) controller, desired reference speed and acceleration are achieved. But after 18-second system acceleration retires from reference one because of the fact that input gate voltage is held constant at (750 V). In the light of present work it becomes clear that to attain the reference value of acceleration it is necessary to increase the input gate voltage. On the other hand, to achieve high speeds it is necessary to degree field current. When parameters of PI controller are chanced up to 20% small difference acceleration of speed of the transport system appear. So one may conclude that systems is resistant to changes of PI parameters. In case of applied of P control only, desired acceleration and speed can be attained. Desired performance can be obtained and system be came inadequate. In case of applied D, for reason that appearing variations are very small this case is considered inconvenient. Although being insufficient from the point of view of comfort PID' s are used in transport systems. Recently, a new kind of control, named“Fuzzy Control”is used in the modulating of transport systems. This new control method was applied in the Japan and is material of investigations in the Europe. Xlll
Benzer Tezler
- Intelligent control system design and deployment for fuel cell air supply systems
Yakıt pili hava besleme sistemleri için akıllı kontrol sistemi tasarımı ve uygulamaya alınması
FATİH KENDİR
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUFAN KUMBASAR
- Semi-active and active suspension control with road preview
Yarı ve tam aktif süspansiyonun yol bilgisi öngörüsü ile kontrolü
MERT BÜYÜKKÖPRÜ
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM UZUNSOY
- Geniş bantlı ve düşük frekanslı mekanik titreşimler için esnek piezoelektrik enerji hasadı sistemi tasarımı ve üretimi
Design and fabrication of a flexible piezoelectric energy harvesting system for broadband and low-frequency mechanical vibrations
HASAN GÖKSENİN ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BİLSAY SÜMER
- Pan-tilt sistemi için çok değişkenli oransal integral türevsel kontrol tasarımı
Multivariable proportional integral derivative control design for Pan-tilt system
MUHAMMED TAHA KAYAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AKIN DELİBAŞI
- Frequency-selective remote actuation via continuous beam spans
Sürekli kiriş dizileri yardımıyla frekans-seçici uzaktan tahrik
JABER SALAMAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDAL BULĞAN