Etkileşimli öğrenme araçları tasarımı yoluyla otomatik kontrol eğitiminin geliştirilmesi

Abstract

Başarılı bir kontrol eğitimi için, eğitim araçlarının çeşitlenmesinin ve özellikle yaparak öğrenmenin faaliyette yer almasının edinilen bilginin kalıcılığına katkı yapacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada, öncelikle, literatür klasik kontrol eğitimine destek olmak üzere geliştirilen eğitim araçları açısından incelenmiştir. Bu araçlar şu şekilde sınıflandırılmaktadır: etkileşimli e-kitap ve etkileşimli benzetim araçları, sanal ve uzaktan erişilebilen laboratuvarlar, düşük maliyetli platformlar ile laboratuvar uygulamaları, proje tabanlı öğrenme. Ardından, sınıflandırılan araçların avantajları ve dezavantajları belirlenerek, kontrol eğitimine katkıları değerlendirilmiştir. Daha sonra, bu tezin temel amacı ortaya çıkmıştır. Bu doğrultuda, geliştirilen araçların avantajlarını kullanmak ve dezavantajlarını gidermek üzere bütüncül bir program geliştirilmeye çalışılmıştır. İlk olarak Routh-Hurwitz kararlılık analizi için C# programı ile etkileşimli bir öğrenme aracı geliştirilmiştir. Bu araç 7.dereceye kadar olan sistemlerin kararlılık analizini yapma kabiliyetine sahiptir. Ayrıca, endüstriyel kontrol organları, oransal (P), integral (I) ve türevsel (D) kontrolün, PID kontrol bütünü içerisindeki etkilerinin daha iyi anlaşılması için DC motor konum kontrolü uygulaması geliştirilmiştir. Motor Arduino mikro kontrolcü ile PID kontrol parametreleri ayarlanarak kontrol edilmektedir. Bu sayede, öğrencilerin hem endüstriyel kontrol organlarına hakim olmaları hem de mikro kontrolcü kullanım becerisi edinmeleri hedeflenmiştir.Tez sonunda ortaya çıkacak etkileşimli aracın daha kapsayıcı olması ve kontrol eğitiminde proje tabanlı öğrenmenin etkilerinin sınanması açısından tez kapsamında ek olarak üç bağımsız proje yürütülmüştür. Birincisi, geliştirilen tüm uygulamaların web ortamından erişilebilir olması için bir projedir. İkincisi, öğrencilerin doğrusal ve doğrusal olmayan kontrol kavramları ile tanışacakları, araba üzerinde ters sarkaç sisteminin kontrolü için etkileşimli bir uygulama geliştirilmesi projesidir. Üçüncüsü, öğrencilerin herhangi bir sensör yardımıyla veri toplama ve işleme becerilerini geliştirmelerini hedefleyen ultrasonik sensör uygulamaları ismini taşıyan projedir. Geliştirilen etkileşimli öğrenme aracı, eklenecek yeni öğrenci projeleri ile yıllar içerisinde sürdürülebilir bir proje olarak tasarlanmıştır.Yapılan çalışmanın otomatik kontrol müfredatı kapsamında öğrencilerin öğrenme çıktılarında fayda sağlaması ve ders başarısını arttırması beklenmektedir. Geliştirilen etkileşimli uygulamalar ve deney kurulumları içeren aracın başarım üzerindeki etkisinin belirlenmesi uzun erimli bir süreç olduğu için tez kapsamı dışında tutulmuştur.

For success in control education, it is thought that increasing variety in educational tools and enhancing experiential learning in the educational activity contributes the long acting and permanent knowledge. In this study, firstly, the literature has been reviewed in terms of educational tools developed to support classical control education. These tools are classified as: interactive e-books and interactive simulation tools, virtual and remote laboratories, laboratory practise with low cost platforms, project-based learning. Then, the advantages and disadvantages of the classified tools were determined and their contributions to the control education were evaluated. The main purpose of this thesis has emanated from this evaluation. In this direction, an integrated program was developed to use the advantages of the tools and to overcome their disadvantages.First, an interactive tool was developed for Routh-Hurwitz stability analysis by using the C # program. This tool has the ability to perform stability analysis of systems up to grade seven. Also, PID position control of the DC motor was made by using Arduino microcontroller for better understanding of the effects of industrial control organs, proportional (P), integral (I) and derivative (D) control in the PID control type. The motor is controlled by Arduino microcontroller to adjust the PID control parameters. Thus, it is aimed that students should have both industrial control organs and microcontroller usage skills In addition, three independent projects have been carried out within the scope of the thesis for testing of the effects of project based learning in control education. The first one is a web site project. The purpose of the websiteis to make all developed applications accessible. The second one is an interactive application for the control of the inverted pendulum system on the car. The second project aims to familiarize the students with the concepts of linear and nonlinear control. The third Project includes ultrasonic sensor applications . They aimsto improve students' ability to collect and process data with the help of any sensor. The developed interactive learning tool has been designed as a sustainable project over the years with new student projects to be added. It is expected that the curent study will be benefitial for the students. The learning outputs of the automatic control curriculum will be achieved and increased the course success.. The determination of the effect the developed interactive applications on the course success is out of the thesis scope because of its long term effects.