Pnömatik bir sistemin nonlineer modellenmesi ve model öngörülü kontrolü

Abstract

Bu çalışmada İ.T.Ü Makina Fakültesi Sistem Dinamiği ve Kontrol Laboratuvarı'nda bulunan elektropnömatik deney düzeneği esas olarak alınmıştır. Deney düzeneği, çubuksuz, düşük sürtünmeli, üzerindeki arabaya bağlı hassas bir silindir, 5/3 yollu oransal valf, lineer cetvel, analog basınç ölçerler, tez kapsamında tasarlanan ana dağıtım kartı, güç kaynakları ve data toplama kartı ve ekipmanından oluşmaktadır. 5/3 yollu oransal valfin sisteme entegre edilmesi ile birlikte pnömatik sistem modeli, silindir odacıklarındaki basınç değişimlerini tanımlayan ve piston hareketini tanımlayan toplam tek girişli-üç çıkışlı bir model olarak kurulmuştur. Sitemde bulunan valf, silindirler, yük, sürtünme kuvvetleri ve bağlantı boruları ayrı ayrı modellenmiş, nihai olarak bu modeller üç durum denkleminde toplanmıştır. Sisteme giriş sinyali verilerek elde edilen çıkışlar MATLAB programının Sistem Tanılama eklentisinde irdelenmiş, en iyi sonucu veren sistem tanılama objesi bulunarak sistem iki girişli tek çıkışlı olarak tasarlanmıştır. Kestirilen sistem parametreleri, sistem matrisleri, kısıtlar, referans sinyali gibi değerler LabView programında belirli panellere girilerek model öngörülü kontrolör oluşturulmuş, farklı kontrol ve tahmin ufuklarına göre ve çıkış hatası simetrik ağırlık matrisi ve kontrol genliği simetrik ağırlık matrislerinin farklı değerlerine göre simüle edilmiştir. Çıkıştaki simülasyon eğrileri incelenmiş, bu eğrilere göre farklı değerler altındaki çalışmanın analizi yapılmıştır. Gerçek sistemde yapılacak uygulama için gerekli olabilecek Simulink diyagramları ve LabView blok diyagramları çizilmiştir. Sonuç olarak sistemin hangi değerlerde en iyi cevabı verdiği ve ilerideki çalışmalarda hangi yöntemlerin kullanılabileceği tartışılmıştır.

In this study, electropneumatic test rig that is located in Istanbul Techincal University, System Dynamics and Control Laboratory is used in order to model system dynamics. The experimental setup consists a rodless, low-friction cylinder, a 5/3-way proportional valve, linear scale, analog pressure sensors and interface circuit cards. Integrating 5/3-way proportional valve into the pneumatic system, model which defines the pressure change in the cylinder chambers and the piston displacement is setup.Parameters of the pressure models and the position model that are installed considering the mathematical equations of the system are gathered by using LabView software and identified by using MATLAB System Identification Toolbox software and discrete time models are obtained. After parameter estimation of the system, system matrices have been gathered and transferred into the LabView software. As a result, it is suggested that prediction and control horizons should be set at an optimum value in order to achieve accurate position control. After an specific value of these horizons, they lead system into the unstableness as well as steady state error on load position. Also it is declared that, Q and R weight matrices are very responsive to system response.