KONTROL SİSTEMLERİ

AMAÇ

Bu dersin amacı öğrencilerin, • mühendislik ve bilimde otomatik kontrolün hayati rolünü anlamalarını, • kontrol sistemlerinde temel kavramları tanımalarını, • bir sürecin kontrol edilme zorluğunu belirlemelerini, • ilgili matematik teorisini ve temel kavramları kullanarak dinamik sistemler için denetleyicilerin tasarlanması amacıyla çözümler önermelerini, • farklı kontrol metodolojilerine dayanan çeşitli dinamik modellerin benzetimini yapmalarını ve hesaplama araçlarıyla davranış ve performanslarını değerlendirmelerini, • temel kontrol teorilerini gerçek zaman sistemlerine uygulayabilmelerini sağlamaktır.

İÇERİK

Bu ders; Kontrol Sistemlerine Giriş, Geribildirim Kontrolü üzerine bir Bakış, Matematiksel Modelleme üzerine bir Bakış,Dinamik Modeller, Laplace Dönüşümü, Ters Laplace Dönüşümü, Kutuplar ve Sıfırlar, Doğrusal Sistem Analizi, Transfer Fonksiyonlar,Blok Diyagramlar,Geçici Rejim Analizi, Zaman Bölgesi Özellikleri, Tasarım Sentezi, Sıfır ve İlave Kutupların Etkisi, Doğrusal Zamanda Değişmez Sistemlerin Kararlılığı, Routh’n Denge Kriteri,Geribildirimin İlk Analizi, Kontrolün Temel Denklemleri, Düzenleme ve Bozucu etki Bastırması, Oransal+Integral+Türevsel (PID) Denetleyiciler,Root Locus Metodu ile Kontrol Sistem Tasarımı, Faz İlerletici Dengeleme, Faz Gecikmeli Dengeleme,Frekans Yanıt Tasarımı, Bode Diyagramı, Bode Diyagram Problemleri, Denge Koşulları,Bode Diyagram Problemleri, Denge Koşulları, Kararlılık Sınırları, Kapalı Çevrim Frekans Yanıtı,Frekans Yanıtına dayalı Kontrol Sistem Tasarımı: Faz İlerletici Dengeleme, Faz Gecikmeli Dengeleme, Faz İlerletici-Faz Gecikmeli Dengeleme, PD-PI-PID Dengeleme,Durum-Uzay Tasarımı, Bir Sistemin Durum-Uzay Gösterimi, Blok Diyagramlar ve Temel (Kanonik) Biçim: Kontroledilebilir Temel (Kanonik) Biçim ,Durum-Uzay Tasarımı, Gözlenebilir Temel (Kanonik) Biçim, Durum Denklemleri yoluyla Dinamik Tepkinin elde edilmesi,Gözleyici Tasarımı, Gözlenebilirlik, İndirgenmiş Dereceli Gözleyici Tasarımı, Gözleyici için Kutup Seçimi, Dengeleyici Tasarımı: Bileşik Kontrol Yasası ve Gözleyici,Kontrol Edilebilirlik, Gözlenebilirlik, Durum Uzayında Kontrol Sistem Tasarımı: Kutup Yerleşimi,Tam Durum Geribildirimi için Kontrol-Yasa Tasarımı: Gözlemleyici, Ackermann Formülü,Gözleyici Tasarımı, Gözlenebilirlik, İndirgenmiş Dereceli Gözleyici Tasarımı, Gözleyici için Kutup Seçimi, Dengeleyici Tasarımı: Bileşik Kontrol Yasası ve Gözleyici; konularını içermektedir.

1. 1

   Recognize the efficacy of automatic control, the importance of a proper process design, the concept of feedback in control systems and some of the key design issues.

   Öğretim yöntemi: Tartışma Yöntemi, Bireysel Çalışma Yöntemi, Beyin Fırtınası Tekniği, Proje Temelli Öğrenme Modeli, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Klasik Yazılı Sınav, Ödev, Proje Görevi

2. 2

   Recognize the fundamental elements taking part in the control systems, such as actuators, sensors, controllers, and converters

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Proje Temelli Öğrenme Modeli, Probleme Dayalı Öğrenme Modeli, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Klasik Yazılı Sınav, Ödev, Proje Görevi

3. 3

   Develop mathematical models of dynamic systems by analyzing them with design principles and express their transfer functions using the Laplace transform.

   Öğretim yöntemi: Tartışma Yöntemi, Beyin Fırtınası Tekniği, Proje Temelli Öğrenme Modeli, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Klasik Yazılı Sınav, Ödev, Proje Görevi

4. 4

   The characteristics of the time response for these models are determined within a simulation environment by redefining the transfer function of dynamic models using Laplace transformation.

   Öğretim yöntemi: Tartışma Yöntemi, Beyin Fırtınası Tekniği, Proje Temelli Öğrenme Modeli, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Klasik Yazılı Sınav, Ödev, Proje Görevi, Simülasyona Dayalı Değerlendirme

5. 5

   Compare open-loop and closed-loop control with respect to disturbance rejection, tracking accuracy, sensitivity, and steady-state error.

   Öğretim yöntemi: Tartışma Yöntemi, Beyin Fırtınası Tekniği, Proje Temelli Öğrenme Modeli, Probleme Dayalı Öğrenme Modeli, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Klasik Yazılı Sınav, Ödev, Proje Görevi, Simülasyona Dayalı Değerlendirme

6. 6

   Design linear control systems utilizing fundamental concepts, such as root locus, frequency response (Bode diagrams), and state-variable feedback both in time and frequency domains and evaluate their effect on the transient and steady-state performance of the system.

   Öğretim yöntemi: Tartışma Yöntemi, Beyin Fırtınası Tekniği, Proje Temelli Öğrenme Modeli, Probleme Dayalı Öğrenme Modeli, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Klasik Yazılı Sınav, Ödev, Proje Görevi, Simülasyona Dayalı Değerlendirme

7. 7

   Design and analyze control systems using state-space methods, including system representation, controllability and observability analysis, canonical forms, state feedback and observer design, pole placement using Ackermann’s formula, and compensator design with estimators.

   Öğretim yöntemi: Öğretme – öğrenme yöntem ve stratejileri, öğrencilerin kendi kendine çalışma, yaşam boyu öğrenme, gözlem yapma, başkasına öğretme, sunma, eleştirel düşünme, takım çalışması, bilişimden etkin yararlanma gibi becerilerini arttıracak şekilde seçilmektedir. Ayrıca, öğretim tarzının farklı kabiliyetleri olan öğrencileri destekleyecek biçimde olmasına dikkat edilir. Programında kullanılan eğitim-öğretim metotları aşağıdaki listede verilmiştir **: Eğitim - Öğretim Yöntemleri *, Tartışma Yöntemi, Tartışma Yöntemi, Bireysel Çalışma Yöntemi, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Klasik Yazılı Sınav, Ödev, Simülasyona Dayalı Değerlendirme

8. 8

   Design electromechanical systems for real-time fabrication and control by applying fundamental digital control concepts in both software and hardware to solve identified engineering problems using technical skills

   Öğretim yöntemi: Tartışma Yöntemi, Beyin Fırtınası Tekniği, Proje Temelli Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Proje Görevi

HAFTALIK PLAN

1. HAFTA 1

   Kontrol Sistemlerine Giriş, Geribildirim Kontrolü üzerine bir Bakış, Matematiksel Modelleme üzerine bir Bakış

   Ön hazırlık: Ders sunuları ve ders kitaplarının 1. Bölümü

2. HAFTA 2

   Dinamik Modeller, Laplace Dönüşümü, Ters Laplace Dönüşümü, Kutuplar ve Sıfırlar, Doğrusal Sistem Analizi, Transfer Fonksiyonlar,Blok Diyagramlar

   Ön hazırlık: Ders sunuları ve ders kitaplarının 2. Bölümleri

3. HAFTA 3

   Geçici Rejim Analizi, Zaman Bölgesi Özellikleri, Tasarım Sentezi, Sıfır ve İlave Kutupların Etkisi, Doğrusal Zamanda Değişmez Sistemlerin Kararlılığı, Routh’n Denge Kriteri

   Ön hazırlık: Ders sunuları ve ders kitabının 3. Bölümü (Franklin yazarlı kitap), 5. Bölümü (Ogata yazarlı kitap)

4. HAFTA 4

   Geribildirimin İlk Analizi, Kontrolün Temel Denklemleri, Düzenleme ve Bozucu etki Bastırması, Oransal+Integral+Türevsel (PID) Denetleyiciler

   Ön hazırlık: Ders sunuları ve ders kitabının 4. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 8. Bölümü

5. HAFTA 5

   Root Locus Metodu ile Kontrol Sistem Tasarımı, Faz İlerletici Dengeleme, Faz Gecikmeli Dengeleme

   Ön hazırlık: Ders sunuları ve ders kitabının 5. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 6. Bölümü

6. HAFTA 6

   Frekans Yanıt Tasarımı, Bode Diyagramı, Bode Diyagram Problemleri, Denge Koşulları

   Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 6. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 7. Bölümü

7. HAFTA 7

   Bode Diyagram Problemleri, Denge Koşulları, Kararlılık Sınırları, Kapalı Çevrim Frekans Yanıtı

   Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 6. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 7. Bölümü

8. HAFTA 8

   Frekans Yanıtına dayalı Kontrol Sistem Tasarımı: Faz İlerletici Dengeleme, Faz Gecikmeli Dengeleme, Faz İlerletici-Faz Gecikmeli Dengeleme, PD-PI-PID Dengeleme

   Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 6. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 7. Bölümü

9. HAFTA 9

   Durum-Uzay Tasarımı, Bir Sistemin Durum-Uzay Gösterimi, Blok Diyagramlar ve Temel (Kanonik) Biçim: Kontroledilebilir Temel (Kanonik) Biçim

   Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 7. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 9. Bölümü

10. HAFTA 10

    Durum-Uzay Tasarımı, Gözlenebilir Temel (Kanonik) Biçim, Durum Denklemleri yoluyla Dinamik Tepkinin elde edilmesi

    Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 7. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 9. Bölümü

11. HAFTA 11

    Gözleyici Tasarımı, Gözlenebilirlik, İndirgenmiş Dereceli Gözleyici Tasarımı, Gözleyici için Kutup Seçimi, Dengeleyici Tasarımı: Bileşik Kontrol Yasası ve Gözleyici

    Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 7. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 9. Bölümü

12. HAFTA 12

    Kontrol Edilebilirlik, Gözlenebilirlik, Durum Uzayında Kontrol Sistem Tasarımı: Kutup Yerleşimi

    Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 7. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 9. Bölümü

13. HAFTA 13

    Tam Durum Geribildirimi için Kontrol-Yasa Tasarımı: Gözlemleyici, Ackermann Formülü

    Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 7. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 9. Bölümü

14. HAFTA 14

    Gözleyici Tasarımı, Gözlenebilirlik, İndirgenmiş Dereceli Gözleyici Tasarımı, Gözleyici için Kutup Seçimi, Dengeleyici Tasarımı: Bileşik Kontrol Yasası ve Gözleyici

    Ön hazırlık: Ders sunuları, ders kitabının 7. Bölümü (kitap adı: Feedback Control of Dynamic Systems), ve diğer ders kitabının ( kitap adı: Modern Control Engineering) 9. Bölümü

DEĞERLENDİRME

• Ara Sınavın Başarıya Oranı30%
• Genel Sınavın Başarıya Oranı70%

İŞ YÜKÜ

KAYNAKLAR

• 1. G.F. Franklin, J.D. Powell, A.Emami-Naeini: Feedback Control of Dynamic Systems (7. Basım), Prentice Hall, 2015. 2. Katsuhiko Ogata: Modern Control Engineering (5. Basım), Prentice Hall, 2010.
• 1. MATLAB Control System Toolbox, SIMULINK (Kod Örnekleri) 2. Arduino (Built-in Examples) https://www.arduino.cc/en/Tutorial/BuiltInExamples 3. G.F. Franklin, J.D. Powell, M. Workman: Digital Control of Dynamic Systems (3. Basım), Prentice Hall, 2006.

ÖĞRETİM ELEMANLARI

• Assist.Prof. Elif HOCAOĞLUKOORDİNATÖR
• Assist.Prof. Elif HOCAOĞLU