Elektropnömatik bir sistem için valf tasarımı ve denetim tekniklerinin araştırılması

Abstract

ÖZET Bu tez çalışmasında pnömatik konum denetim sistemlerinde kullanılabilecek elektropnömatik hızlı anahtarlama valfi geliştirilmiş, statik ve dinamik karakteristikleri incelenmiştir. Tasarlanıp prototipi imal edilen valf tek kademeli, oturma elemanlı, iki yollu iki konumlu (2/2), aç-kapa çalışan bir yapıya sahiptir. Valfin imalatı ve montajı oldukça basit olup yüksek hassasiyetli bir işlem de gerektirmemektedir. Dolayısıyla valilerin üretim maliyetinin düşük olduğu söylenebilir. Elektropnömatik valf standart akış şartlan altında tek kademede 10*10` kg/s (460 lt/dak) nominal debi sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Valfin elektriksel kumandası için disk tipi mıknatıs devresi kullanılmıştır. Valf normalde kapalı olup, kapalılık ön gerilmeli bir yay kuvveti ile sağlanmaktadır. Yapılan teorik ve deneysel çalışmalar sonucu valfin cevap süresi yaklaşık 4.5 ms olarak tespit edilmiştir. Valf Darbe Genişlik Modülasyon (DGM) Tekniği ile sürülerek doğrusal bir etki sağlanmaya çalışılmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda valf sistemine farklı modülasyon frekanslarında uygulanan giriş sinyalinin doluluk-boşluk oranı değiştirilerek tank içindeki basıncın nihai değeri ölçülmüştür. Buna göre valfin yaklaşık 33 Hz DGM frekansına kadar iyi bir doğrusallık sağladığı tespit edilmiştir. Teorik ve deneysel çalışmalarda sistemin basınç, akım, konum ve DGM karakteristikleri araştırılmıştır. Benzetim sonuçlan ile deneysel sonuçlar arasında iyi bir uyum sağlandığı görülmüştür. Geliştirilen valfin elektropnömatik konum denetim sisteminde uygulanabilirliğini göstermek için sistemin basamak giriş cevabı çeşitli denetim yordamları kullanılarak incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Elektropnömatik valf, elektromekanik sistem, hızlı anahtarlama valfi, DGM tekniği, pnömatik sistem

II ABSTRACT The thesis describes the development of an electropneumatic fast-switching valve for pneumatic position control systems. The valve is designed and manufactured as a single stage, on-off valve with 2 way-2 position (2/2) function and its static and dynamic characteristics are investigated. Experimental studies showed that the switching time of the single stage valve is about 4.5 ms and provides a 10*10` kg/s (460 lt/min) of flow rate at standard air conditions. Production and assembling of the valve is rather simple and does not need a manufacturing operation with tight tolerance and therefore, it is envisaged as a low cost valve. PWM characteristic of the valve is investigated. The steady state values of the pressure in the tank are measured experimentally for various pulse durations. In this a very good linearity of valve is obtained up to 33 Hz of PWM frequency. The current, displacement, pressure and PWM characteristics of the valves are investigated both theoretically and experimentally. The simulation results are compared with the experimental results and show a good agreement. Step response of a pneumatic position control system with various control algorithms is obtained to show the applicability of the proposed valves in the pneumatic control systems. Keywords: Electropneumatic valve, electromechanical system, fast switching solenoid valve, PWM technique, pneumatic system.