1. Giriş

Konum kontrol sistemlerine; verilen bir yükü hareket ettirmek, belli bir konumda durdurmak ve bir sonraki komuta kadar öylece tutmak için sıklıkla ihtiyaç duyulur. Alternatif olarak bu sistemler daha çok yükleri; işaretlenmiş uzun konumlarda hareket ettirmek için kullanılır. bu istenilen hareketler konum kontrol sistemleri tarafından yapılabilir.

Konum kontrol sistemlerinde motorun açısal konumu ile yükün konumu giriş komutlarıyla senkronize olarak eşleştirilir. Giriş sinyali bir sabitse, motor mili istenilen konumda kilitlenir, giriş konumu giriş sinyaline bağlı olarak değişir.

Robot kollarının hareketinde de konum kontrolünden yararlanılır.

Analog kontrol sistemlerinde, konum sensörleri potansiyometre gibi analog elemanlar olabilir. Analog konum kontrol sistemleri bir çok uygun karakteristikte, sonsuz çözünürlüğe sahiptir. Böylece analog konum sinyali belirli bir pozisyon aralığında sınırlandırılmıştır; bu da hareketi sınırlamaktadır.

Diğer bir tip konum sensörleri dijital tiplerdir. Kodlayıcılar bu gruptadır. Bu cihazlar sonsuz bir uzaklıkta açısal konum sağlarlar. Buna rağmen bunların bir dezavantajı da konum kontrolünde sonlu çözünürlükte olmasıdır. Konum sinyalleri dijital formda iletildiğinden analog konum sinyali üretilmeden önce kodlayıcı darbeleri sayılmalı ve bu sayı dijital analog dönüştürücüye uygulanmalıdır.

Konum kontrol sistemlerinin tasarımında ana problem; uygun kazanç ve yeterli band genişliği altında kararlılığı sağlamaktır. Ayrıca sistemin kararlılığı, geniş ölçüde sistemin hız geri beslemesi için takometre kullanıp kullanmadığına bağlıdır. bu nedenle sonraki bölüm ikiye ayrılmıştır. Birincisi takometre içeren, ikincisi takometre içermeyen sistemdir.

2. Takometre Geribeslemesi Durum Kontrol Sistemi

Teorik düşünce Şekil 1�de gösterilmiştir. Bütün sistem bileşenleri doğrusal kabul edilmiştir; bu yüzden fonksiyonu A(s); motorun fonksiyonu M(s), takometre kazancı K_g ve takometre karşılığı F(s) dir. Bu dört eleman içteki döngüyü oluşturur, bunlar aynı zamanda hız döngüsünü oluşturur. Transfer fonksiyonu 1/s olan blok cv hızı ile θ pozisyonu arasındaki fiziksel ilişkiyi temsil eder. Konum sensörü K_p kazancına sahiptir ve konum karşılığı transfer fonksiyonu G(s) dir.

Çevrimi analiz etmek için içteki döngünün transfer fonksiyonuna H(s) dersek:

H(s) = W(s) / t(s) = [ A(s) M(s) ] / [ 1 + A(s) M(s) K_p F(s) ] dir

Kapalı çevrim transfer fonksiyonu aşağıdaki gibi olur.

q(s) / V_in(s) = [ H(s) / s ] / [ 1 + [ K_p H(s)Q(s) / s ] ] olur.

Şekil 1. Takometre geribeslemeli durum kontrol sisteminin blok diyagramı

3. Takometre Geribeslemesi Kullanılmayan Durum Kontrol Sistemi

Düşüncede herhangi bir konum kontrol sistemindeki kararlılık için takometre kullanılması istenen bir özelliktir. Ancak, bazı kontrol sistemleri ekonomik sebepler ve boyut kısıtlamasından dolayı daha ciddi ve sonuç sistemleri genel olarak daha küçük bin band genişliğine sahiptir

Şekil 2�de bu tip konum kontrolün blok yapısı verilmiştir.

Şekil 2. Takometresiz Konum Kontrol Sistemi Blok Diyagramı

Durum kontrol sisteminin tasarım mantığı aşağıdaki şekilde verilmiştir.

Şekil 3. Durum (Pozisyon) Kontrol Sistemi

Şekildeki sistemde serbest uyarmalı D.A Motorunun durum kontrolü yapılmıştır. Burada potansiyometrelerden biri giriş �referans) gerilimini açıya dönüştürmekte, diğer potansiyometre de motor miline bağlanarak çıkışı gerilime, dolayısıyla açıya dönüştürmekte kullanılmaktadır.

Her iki potansiyometrenin akış gerilimleri bir karşılaştırıcı da karşılaştırılarak; bir yükselteçte yükseltildikten sonra motorun uyarma devresine verilmektedir. Motorun endüvi devresine ise sabit bir akım verilmektedir.

Karşılaştırıcıda karşılaştırılan gerilim (açı) değerleri birbirine eşit olduğunda yani çıkış açı değerine gelindiğinde motor durmaktadır. Böylece motor istenilen konuma getirilmiş olur.

Ayrıca sistemin kararlılığını sağlayabilmek için yükselteçten önce karşılaştırıcı çıkışına bir denetleyici de bağlanabilir. Burada PI denetleyici kullanılmıştır.

Karşılaştırıcı, denetleyici ve yükseltecin ayrıntılı yapısı Şekil 4�de verilmiştir.

Şekil 4�deki devrede:

V_çr = ( R₄ / R₁ ) ( V_ç � V_r ) dir.

R₁ = R₂ = R₃ = R₄ alınırsa Vç = Vç � V_r olur.

R₃=R₄ ve R₁=R₂ alınırsa V_ç = ( R₄ / R₁ ) ( V_ç � V_r ) olur. Böylece fark kuvvetlendirilmiş olur.

V_ç2 = ( R₄ R₆ / R₁ R₅ ) [ (R₆ C₁ s + 1 ) / ( R₆ C₁ s ) ] V_ç1 dir.

Devredeki evirici kısmı ise sistemin negatif gerilim polariterlerini evirerek yükselteç devresine vermektedir. Bu nedenle evirici çıkışı:

V_ç3 = � (�V_ç2) = + V_ç2 dir.

Eviricide R₇ ve R₈ değerleri eşit seçilirse evirici kazancı 1 olur. Böylece işaretin sadece polaritesi değiştirilmiş olur.

V_r = V_ç olduğunda karşılaştırıcı çıkışı sıfır olmakta ve dolayısıyla motor istenilen konumda durdurulmaktadır.

R₄ ayarlı direnciyle de sistemdeki K_p ve K_I değerleri ayarlanarak istenilen kararlılık sağlanabilir.