Microcomputer control of speed and position of a DC motor

Abstract

ÖZET Bir dc motorunun hız ve konum kontrolü, belirli sınırlar içinde hassas hız ve kesin konum gerektiren endüstri dallarındaki geniş ölçüde kullanımı nedenleriyle, büyük önem taşır. Bu çalışmanın amacı, bir de motor -yük sistemini teorik ve deneysel olarak modeli emek ve yükün hızını veya konumunu belirli bir referans değerde sabit tutacak değişik kontrol algoritmaları kullanan bir program gel iştirmektir. Deneysel çalışmada, bir de motor -yük sistemi, bir algılayıcı, bir sayıcı devre, bir güç yükseltici, bir mikro bilgisayar ve arayüz devreleri içeren bir düzenek tasarlandı ve kuruldu. Sistemin karakteristik değerleri deneysel olarak bulundu. Bu sistemi kontrol edecek bir bilgisayar programı geliştirildi. Kontrol algoritma parametrelerinin ve yük değişimlerinin sistemin performansına etkileri incelenerek değişik PID algoritmalarının etkileri gözlendi. Teorik çalışma sırasında sistemin matematik modeli kuruldu. Zieğler -Nichols ayar yöntemi kullanılarak en iyi performansı sağlayan değerler deneysel olarak bulundu ve teorik değerlerle karşılaştırıldı. Deneysel çalışmalar gösterdi ki basit konum algoritmasını kullanan PD kontrol1örü yeterli sonuçlar vermektedir. Hız kontrolünde ise, hız algoritması kullanılarak rejim hatası yok edilmiştir. Burada hız algoritması kullanan PID kontrolörü en iyi sonucu vermektedir. Teorik ve deneysel analizler sonucunda elde edilen grafikler tezin son bölümünde sunulmuştur.

IV ABSTRACT The speed and position control of a dc motor carries great importance because of their wide use in industry where a precise speed within acceptable limits and accurate positioning are wanted. The object of this study is to practically and theoretically model a dc motor -load system and develop a control program employing different control algorithms to keep the speed and the position of the load at a reference value. In the practical study, a set-up, including a dc motor -load system, a sensor, a counting device, a power amplifier, a microcomputer and interfacing units, have been designed and installed. The characteristics of the system have been identified experimentally. A computer program is developed to control this system. The effects of control algorithm parameters and load changes on the performance of the system and the comparison of various PI D algorithms are discussed. In the theoretical study, mathematical modelling of the system is developed. Theoretical analysis has been implemented experimentally using the Zi egl er -Ni chol s tuning method to obtain the best working performance. The experimental results have shown that PD controller using simple position form gives satisfactory results. In speed control, the steady state error is eliminated by using velocity algorithm. Here, PI D controller using velocity algorithm has the best performance. The results of experiments which are done in accordance with the theoretical and emprical analyses are presented in forms of graphs in the thesis.