Matlab simulink ortamında kullanılabilen arduino temelli kontrol deney seti tasarımı

Abstract

DC Motorlar konum ve hız kontrolü gerektiren uygulamalarda düşük hızlarda yüksek tork kapasitelerine sahip olmaları nedeniyle sıklıkla kullanılmaktadır. Açık çevrim kontrol edildiklerinde tatmin edici sonuçlar elde edilemediği için kapalı çevrim olarak kontrol edilirler. DC Motorların yüksek hassasiyet gerektirmeyen uygulamalarda kontrolü için PID denetleyiciler kullanılır. Endüstriyel kontrolde PID kontrol yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu nedenle çıkış değeri üzerinde büyük etkisi olan PID parametrelerinin belirlenmesi önem kazanmaktadır. PID Kontroller nesnesi ile PID Tuner ara yüz programı kullanılarak PID katsayıları bulunabilir. Kullanıcılar tarafından kolay kullanılması amacıyla tasarlanan Arduino mikrodenetleyicisi gerçek zamanlı kontrol uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Arduino ile motor sürücü kullanılarak DC Motor istenilen PWM değerinde çalıştırılır. Bu tez çalışmasında bir DC Motorun çeşitli ölçüm ve deneyler sonucunda bulunan matematiksel parametreleri kullanılarak Matlab-Simulink ortamında simülasyon ve gerçek zamanlı davranışları incelenmiştir. DC Motor sürücü sisteminin simulink benzetim modeli yapılmış ve elde edilen sonuçlar oluşturulan gerçek zamanlı deneysel model ile karşılaştırılmıştır. Gerçek zamanlı kontrol için oluşturulan simulink modeli kullanılarak Arduino mikrodenetleyicisine bağlı DC Motorun PWM (Pulse Width Modulation/Darbe Genişlik Modülasyonu) tekniğiyle üretilen kontrol sinyalleri ile gerçek zamanlı kontrolü sağlanmıştır. Ölçülen hız bilgileri PID kontrolöründen geçirilerek DC Motorun hızı kontrol edilmiştir. Simülasyon ortamında belirlenen PID katsayıları gerçek zamanlı kontrole uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar simülasyon ortamında elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca DC Motorun gerçek zamanlı kontrolünde PI ve PID kontrolörler kullanılarak elde edilen hız(rpm) sonuçları karşılaştırılmıştır. PI ve PID kontrolör kullanılarak aynı koşullarda yapılan deneyler sonucunda ISE, ITSE, IAE ve ITAE gibi farklı kriterler kullanılarak kontrolörlerin performansı kıyaslanmıştır.DC Motorun sistem modelleme çalışmalarında tercih edilmesi ve kullanıcıların kolaylıkla ulaşabildiği bir eleman olduğu için yapılan bu deney seti öğrenciler, öğretmenler ve diğer kullanıcıların faydalanabileceği biçimde hazırlanmıştır.

DC Motors are frequently used in applications requiring position and speed control due to their high torque capacities at low speeds. When satisfactory results are not obtained when the open loop is controlled, they are controlled as closed loop. PID controllers are used to control DC motors in applications that do not require high precision. PID control is widely used in industrial control and therefore it is important to determine the PID parameters that have a large impact on the output value. The PID Controls object can be used to find PID coefficients using the PID Tuner interface program. Designed for easy use by users, the Arduino microcontroller is widely used in real-time control applications. Using the Arduino motor drive, the DC Motor is operated at the desired PWM value.In this thesis, simulation and real-time behavior of a DC Motor in Matlab-Simulink environment are investigated by using mathematical parameters obtained from various measurements and experiments. Simulink simulation model of DC motor drive system is made and the obtained results are compared with real time experimental model. Using the simulink model for real-time control, real-time control of the DC Motor connected to Arduino microcontroller is provided by PWM (Pulse Width Modulation) control signals. Measured speed information is passed through PID controller and the speed of DC Motor is controlled. PID coefficients determined in simulation environment were applied to real time control. The results were compared with the results obtained in the simulation environment. Furthermore, the speed (rpm) results obtained by using PI and PID controllers in real time control of DC Motor were compared. The performance of the controllers were compared using different criteria such as ISE, ITSE, IAE and ITAE.Since DC Motor is preferred in system modeling studies and is easily accessible to users, this experiment set has been prepared for students, teachers and other users.