Matlab-Simulink + PIC tabanlı bulanık mantık denetleyici tasarımı ve gerçek zamanlı sıcaklık kontrolü uygulaması

Abstract

MATLAB-SIMULINK + PIC TABANLI BULANIK MANTIK DENETLEYİCİ TASARIMI ve GERÇEK ZAMANLI SICAKLIK KONTROLÜ UYGULAMASI Kontrol Eğitiminde, teorik bilgilerin uygulanmasının öğrencinin öğrenme sürecindeki önemi oldukça büyüktür. Uygulama, öğrenmenin pekiştirilmesinde en büyük katkıyı sağlayan kısımdır. Ayrıca öğrencinin motivasyonunu artırır ve onu iş dünyasına hazırlar. Kontrol eğitiminde uygulamanın öneminden dolayı bu çalışmada kontrol laboratuarında kullanılmak üzere deney seti hazırlanmıştır. Bu çalışmada, öncelikle, önceden hazırlanmış olan fırının Matlab-SIMULINK simülasyon yazılımı üzerinden gerçek zamanlı denetiminin sağlanması için PIC tabanlı bir kart tasarlanmıştır. Bu kart, fırının sıcaklık bilgisinin Matlab-SIMULINK ortamına, Matlab-SIMULINK ortamında oluşturulan denetim bilgisinin de fırına iletilmesini sağlamaktadır. Aynı zamanda, fırının denetimi sadece kart üzerinden PIC yazılımı ile de yapılabilmektedir. Gerçekleştirilen tüm işlemler gerçek zamanlı olarak yapılmaktadır. Fırın FOPDT (First Order Plus Dead Time) yani, birinci derece artı ölü zaman gecikmeli bir sistemdir. Öncelikle fırının modelinin çıkartılması için otomatik ayarlama yöntemlerinden Ziegler-Nichols Basamak Cevabı Alan Yöntemi kullanılmıştır. Buna ek olarak, fırın otomatik ayarlama yöntemlerinden Ziegler-Nichols Basamak Cevabı Alan Yöntemi ile belirlenen PI parametreleri ve Bulanık Kazanç Ayarlı PI Denetleyici kullanılarak simülasyonları yapılmıştır. Ardından, hem Matlab-SIMULINK üzerinden hem de tasarlanan kart üzerinden denetlenmiştir. Bulanık mantık denetleyici yazılımının C kodu PIC yazılımına gömülerek fırının sadece kart üzerinden denetimi de sağlanmıştır. Bulanık Kazanç Ayarlı PI Denetleyicinin PIC mikro denetleyici yazılımına gömülebilmesi için önce fuzzyTECH ortamında C kodu üretilmiş ve üretilen C kodu üzerinde gerekli düzenlemeler yapılmıştır. Oluşturulan deney seti üzerinde uygulanan bu iki denetim yöntemiyle deney setinin performansı test edilmiştir. Öncelikle, fırının modeli kullanılarak iki denetleyicinin Matlab-SIMULINK’de simülasyonları yapılmıştır. Ardından, fırının aynı denetleyiciler kullanılarak PIC tabanlı kart yardımıyla Matlab-SIMULINK üzerinden denetimleri gerçeklenmiştir. Son olarak, fırının denetimi bulanık mantık denetleyici yazılımı PIC tabanlı kart üzerindeki mikro denetleyiciye gömülerek gerçeklenmiştir. Fırının Matlab-SIMULINK üzerinden denetlenmesi ile elde edilen sonuçlarla tasarlanan PIC tabanlı kart üzerinden denetlenmesi ile elde edilen sonuçlar örtüşmektedir. Bu da fırının Matlab-SIMULINK ile gerçek zamanlı ve sağlıklı bir şekilde haberleştirilebildiği anlamına gelmektedir. Böylece, hem öğrencilerin kontrol laboratuarında Matlab-SIMULINK yazılım programını kullanarak deneysel çalışmalarında çok pratik bir şekilde kullanabilecekleri bir deney seti elde edilmiş hem de iki ayrı denetleyici tasarlanılarak ve bu denetleyiciler PIC mikro denetleyici yazılımına gömülerek fırının başarılı bir şekilde denetlenmesi sağlanmıştır. Sonuç olarak, hazırlanan bu eğitim setiyle kontrol eğitimine önemli bir katkıda bulunulmuştur.MATLAB-SIMULINK + PIC BASED FUZZY LOGIC CONTROLLER DESIGN and IMPLEMENTATION of REAL TIME TEMPERATURE CONTROL In control education, the importance of practicing the theoretical knowledge in learning process is rather big. Practice is the most important part of strengthening the learning process. Furthermore, it increases motivation of the students and makes them ready for the profession world. In this study, an experiment set is prepared for using in control laboratory due to the importance of the practice in control education. In this study, first, a PIC based card is designed to be able to provide real time control of the oven prepared before through Matlab-SIMULINK simulation software. This card enables Matlab-SIMULINK simulation software to get the temperature of the oven and provides control signal prepared in Matlab-SIMULINK environment to the oven. At the same time, the oven can be controlled using PIC software. And all these processes are realized as real time. The oven is an FOPDT (First Order Plus Dead Time) system. First, to get the model of the oven Ziegler-Nichols Step Response Area Method is used. Ziegler-Nichols Step Response Area Method is used to calculate PI controller parameters. In addition, the oven is controlled by PI controller and Fuzzy Gain Scheduling of PI Controller through both Matlab-SIMULINK and designed card. Fuzzy logic controller is used to control the oven by embedding C code of the controller to the PIC microcontroller software. fuzzyTECH simulation program is used to produce C code of Fuzzy Gain Scheduling of PI Controller and this code is modified and embedded to PIC microcontroller software. Performance test of the experiment set is realized using these two control methods. First, two control methods are simulated using the model of the oven in Matlab-SIMULINK. Then, two control methods are realized using the oven, PIC based card and Matlab-SIMULINK. Finally, fuzzy logic controller is realized using only PIC based card by embedding the controller software (C code is produced by fuzzyTECH) to the PIC software. The results are in agreement. This means that the oven can provide real time communication successfully. Thus, an experiment set that students can use practically while doing their experiments using Matlab-SIMULINK software is prepared. The oven is controlled successfully using designed two different controllers and these controllers are embedded to the PIC microcontroller software. As a result, this experiment set contributes to the control education.