Zaman gecikmeleriyle birlikte bozucu etkilere maruz kalan bir dc servomotorun geribeslemeli kontrolü

Abstract

Kablosuz kontrol sistemlerinde, kontrol sinyallerin iletiminde oluşan zaman gecikmeleri sistemin kararlı bir cevap üretmesini zorlaştırır. Özellikle ileri hatta ve geribesleme hattında oluşan toplam gecikmelerin etkisi nedeniyle, kontrol edilen sistemde kararlılık problemleri oluşur. İnsansız hava araçlarında, uzay manipülatörlerinde ve insansı robotlar gibi elektromekanik sistemlerde bulunan servomotorların, uzaktan gönderilen kontrol sinyalleriyle gerçek zamanlı kontrolünde, gecikme zamanlarının etkisi oldukça önemlidir. İleri hatta bilgisayar yazılımlarının koşturulma süreleri, verilerin ara birimlerde depolanma süreleri, antenler üzerinden kablosuz gönderilme-alınma süreleri ve ilave donanımlar üzerinden geçerken oluşan gecikmeler kontrol sinyallerinin toplam gecikme zamanını oluşturmaktadır. Benzer şekilde geri besleme hattında da ölçülen konum/hız geribesleme sinyallerinin, ters yönde donanımlar üzerinden benzer işlemlerle geçerken oluşan toplam gecikmeler sözkonusudur. Bu makalede, PID ile kontrol edilen bir DC motorun her iki yönde de oluşan sabit zaman gecikmeleri için davranışı detaylı bir şekilde incelenecektir. Zaman gecikmelerinin sistem davranışı üzerindeki etkilerini inceledikten sonra, modele Smith kestiricisi ilave edilerek servomotorun cevabında oluşacak ve istenmeyen davranışların minimize edilmesi sağlanacaktır. İlave olarak, kontrol edilen sistemdeki bozucu etkilerin kestirilerek düzeltilmesi için yeni bir Smith algoritması modele ilave edilmiştir. Bozucu etkinin hesaba katıldığı ve katılmadığı durumlar için geliştirilen Smith kestiricilerin ayrı ayrı başarıları, PID kazanç değerleri optimize edilmiş bir kontrolcüyle sürülen düşük güçlü bir servomotor üzerinde benzetimlerle gösterilmiştir.

The time delay imposed in the wireless control systems makes it difficult to guarantee stable response in many cases. Especially, delays in feedforward path combined with feedback path may result in some stability problems of the controlled system response. For the remote control of servomotors used on unmanned aerial or underwater vehicles, space manipulators and humanoid robots time delays has got great importance in real time remote control of those systems. The time delay in the feedforward path may be caused by computer control algorithm processing, buffering, transmitting process of control signals through antenna, receiving process of control signals through antenna on the vehicle and the complementary hardware processing. Similarly, on the feedback path, position feedback signal measured by encoder is transmitted in reverse order of the control signal with some delay time. In this paper, the PID control of a DC servomotor with constant time delays will be discussed in detail. After specifying the effects of the delays in the system, Smith predictor will be added to the model to minimize the undesired effects on the output response of the servomotor. For the wireless control of the servomotors actuating some mechanical systems, a modified Smith predictor is designed to drive the system efficiently to take care of the disturbance effects coming from the dynamics of the driven parts. The success of the calculated predictors together with the tuned PID controller and the controllable range for disturbance to controller signal ratio are shown on a low power DC servomotor by simulations.