ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

Otomatik Kontrol SistemleriYrd. Doç. Dr. Oğuzhan ÇAKIR@cakirktu

1. GİRİŞ

• Otomatik kontrol sistemleri, çalışan sistemlerin insan gücüne gerek kalmadan denetlenmesini, kontrol edilmesini konu alır.

• Günümüzde emek yoğun üretim pahalı bir üretim yöntemi haline gelmiştir.

• Otomasyon sistemleriyle üretim, daha ekonomik olmaktadır.• Sağlık ve çevre koşulları dikkate alındığında bazı iş alanlarında

insan çalıştırmak mümkün değildir.

2. GENEL TANIMLAR

Sistem: Belirli bir iş veya işlem için bir araya getirilmiş, birbirleri ile doğrudan ya da dolaylı etkileşimli elemanlar topluluğudur.Kontrol sistemi: Herhangi bir iş yapan birimin denetlenmesi amacıyla geliştirilen devrelerdir.

Giriş: Sistem içerisine akan, sistem tarafından işlenen işaretler, büyüklükler.

Çıkış: Sistem dışına çıkan, işlem görmüş işaretler, büyüklükler.

2. GENEL TANIMLAR

• Bir hidroelektrik santralında sistem girişi su, çıkış ise elektrik enerjisidir.

• Bir elektrik motorunun girişine uygulanan elektrik enerjisi sistemin girişi ve motor milinden elde edilen mekanik enerji sistemin çıkışıdır.

• Bazen sistemlerin bir girişi yerine bir çok girişi olabilir. Bu tür sistemlere çok girişli sistemler denir.

• Yine aynı şekilde, sistemlerde birden fazla çıkış olursa o tür sistemlere çok çıkışlı sistemler denir.

2. GENEL TANIMLAR

İyi bir kontrol sisteminden beklenen çalışma aşağıdaki özellikleri şunlardır:

1. Sistem de meydana gelen herhangi bir bozucu etkiden sonra bile değişkenin değeri set değerinden minimum şekilde sapma olmalıdır.

2. Bozulma sonunda , normal çalışmaya en kısa zamanda dönebilmelidir.

3. Çalışma şartlarında meydana gelen değişmelerden ötürü olacak sapma set değerinden minimum seviyede olmalıdır.

3. KONTROL SİSTEMİ TÜRLERİ

Sistemlerin çalışmasına göre iki tip kontrol sistemi vardır.

1. Açık çevirim kontrol sistemi

2. Kapalı çevirim kontrol sistemi

3.1. AÇIK ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ

• Açık çevrim kontrol sisteminde giriş bağımsız bir değişkendir. • Çıkışın, giriş üzerinde hiçbir etkisi yoktur. • Çıkış, girişin bir fonksiyonudur.

Şekil 1. Açık çevrim kontrol sistemi

3.1. AÇIK ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ

• Bir elektrik motoruna elektrik enerjisinin bir şalter üzerinden uygulandığını düşünelim.

• Motorun dönme hızı ile şalterin çalışması arasında hiçbir denetim yoktur.

• Bu durum da şalter motoru durdurup çalıştırma görevi yapar. • Elektrik motorunu yüklendiğinde devri düşer, şalter burada devrin

düşmesini önleyici bir tedbir almaz.

• Böyle bir görevi yoktur.

3.1. AÇIK ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ

• Bir trafik kavşağında trafiğin denetlenmesi açık kontrol sistemine göre yapıldığında, kavşaktaki trafik sinyali hep aynı periyodlarda çalışacaktır.

• Kırmızı 40 saniye yanıyor, yeşilde 40 saniye yanıyorsa, günün her saatinde aynı çevrim sürüp gidecektir.

• Kavşaktaki trafik yoğunluğu ile ilgili hiçbir denetim yoktur.

3.1. AÇIK ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ

• Kuruluşu ucuz bir kontrol yöntemidir fazla bilgi gerektirmez. • Ancak işletilmesi her zaman ucuz değildir. • Örneğin trafik sinyalizasyonu örneğini ele alalım. • Açık çevrim kontrol sistemi ile iyi bir trafik sinyalizasyonu

yapmanın imkanı yoktur.

• Kötü bir sinyalizasyon ise, yolların verimli kullanılmamasına, yakıt tüketimini artmasına ve zaman kaybına neden olduğu düşünülürse kuruluş maliyetinin az olmasının hiçbir anlamı yoktur.

3.2. KAPALI ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ

• Bu tip kontrol sisteminde çıkış, yalnızca girişin bir fonksiyonu değildir. • Çıkıştan alınan bir geri besleme ile giriş her zaman kontrol altına alınır. • Çıkış, giriş ile geri beslemenin toplamının bir fonksiyonudur.

Şekil 2. Kapalı çevrim kontrol sistemi

3.2. KAPALI ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ

• Trafik sinyalizasyonu örneğini ele alalım. • Kapalı çevrim kontrol sistemi uygulanırsa trafik akışı nasıl olur. • Trafiğin denetlenmesi yine ışıklalar olacak ama, yoldaki trafik

yoğunluğu da her zaman sensörler yardımı ile ölçülecektir. • Sensörler den alınan ölçüm sonucuna göre trafiğin yoğun olduğu

tarafa daha fazla yeşil yakarak trafik sıkışıklığı önlenebilir.

4. GERİ BESLEME ÇEŞİTLERİ

• Çıkıştan alınan geri besleme sinyali girişi, arttıracak şekilde uygulanırsa buna pozitif geri besleme denir.

• Giriş sinyalini azaltacak yönde uygulanırsa negatif geri besleme adını alır.

Şekil 3. Geri beslemeli yükselteç devresi

4. GERİ BESLEME ÇEŞİTLERİ

• Otomatik kontrol sistemlerinde negatif geri besleme kullanılır. • Çünkü otomatik kontrol sistemlerinde esas amaç her hangi bir

fiziksel büyüklüğü kontrol altına almaktır.• Çıkıştan alınan sinyal girişi arttıracak şekilde uygulanacak olursa,

giriş artınca çıkış artar, çıkıştan alınan geri besleme sinyali artarak sürekli girişi arttırır.

• Dolayısıyla çıkışta sürekli artış içerisinde olacaktır ve sistem karasız çalışacaktır.

4. GERİ BESLEME ÇEŞİTLERİ

• Negatif geri beslemeli sistem: 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟 𝐹𝑜𝑛𝑘𝑠𝑖𝑦𝑜𝑛𝑢 = 𝐺1+𝐺𝐻• Pozitif geri beslemeli sistem: 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟 𝐹𝑜𝑛𝑘𝑠𝑖𝑦𝑜𝑛𝑢 = 𝐺1−𝐺𝐻

Ç𝚤𝑘𝚤ş = 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟 𝐹𝑜𝑛𝑘𝑠𝑖𝑦𝑜𝑛𝑢 𝑥 𝐺𝑖𝑟𝑖ş

5. BLOK DİYAGRAMLARI

• Bir sistemin blok diyagramı, sistemin her bir eleman ya da eleman grubunun fonksiyonel veya sinyal akışının grafiksel gösterimidir.

• Blok diyagramı çeşitli elemanlar arasında var olan karşılıklı bağıntıyı tanımlar.

5.1. BLOK DİYAGRAMLARI ELEMANLARI

• Oklar: Blok diyagramının bloklarını ve diğer elemanları birbirine bağlayan ve sinyallerin akış yönünü gösteren işaretler olarak ele alınır.

• Okların yönü sinyallerin akış yönünü gösterir ve bir blok diyagramı içinde sinyaller yalnızca oklar yönünde olabilir.

Şekil 4. Blok diyagramı elemanları

5.1. BLOK DİYAGRAMLARI ELEMANLARI

• Toplama Noktaları: Bir toplama noktası toplama işlemini belirten içi boş veya içine çapraz konmuş bir çemberle gösterilir.

• Toplama noktaları bir blok diyagramı içerisinde yerine getirdikleri işlevlere göre mukayese noktası veya hata sezici ve toplayıcı olmak üzere iki şekilde bulunurlar.

Şekil 4. Blok diyagramı elemanları

5.1. BLOK DİYAGRAMLARI ELEMANLARI

• Ayrılma Noktaları Veya Kol Noktaları: Oklar ile temsil edilen sinyallerin kollara ayrıldığı ve bir bloktan ayrılan çıkış sinyalinin aynı zamanda diğer bloklara veya toplama noktalarına gittiği noktalardır.

Şekil 4. Blok diyagramı elemanları

5.3. BLOK DİYAGRAMLARININ İNDİRGENMESİ

Blok diyagramının indirgenmesinde:

1. Geri besleme yolu üzerinde transfer fonksiyonları çarpımı aynı kalmalı ,

2. Geri besleme döngüsü içerisindeki,transfer fonksiyonu aynı kalmalı.

5.4. BLOK DİYAGRAMLARI İNDİRGEME KURALLARI1.

X2 = (G1X1)G2 X2=G1G2X1X2 = G1G2X1

5.4. BLOK DİYAGRAMLARI İNDİRGEME KURALLARI2.

X2 = G1X1±G2X1 X2= X1(G1±G2)

X2 = X1(G1±G2)

5.4. BLOK DİYAGRAMLARI İNDİRGEME KURALLARI3.

X2 = GX1 X2= GX1

5.4. BLOK DİYAGRAMLARI İNDİRGEME KURALLARI4.

X3 = GX1+X2 X3= G(X1+1/GX2)

X3 = GX1+X2

5.4. BLOK DİYAGRAMLARI İNDİRGEME KURALLARI5.

X2 = GX1 X2= GX1

5.4. BLOK DİYAGRAMLARI İNDİRGEME KURALLARI6.

X3 = G(X1-X2) X3= GX1-GX2X3 = G(X1-X2)

6. KAYNAKLAR

1. Kontrol Sistemleri, Ders notları, Mersin Üniversitesi.