Mekanik Sistemlerin PID ve Kayma Kipli Kontrol ile Modellenmesi ve Analizi Modeling and Analysis of Mechanical Systems with PID and Sliding Mode Control Ercan KÖSE 1 ,Kadir ABACI 2 ,Saadettin AKSOY 3 1,2 Mersin Üniversitesi, Tarsus Teknik Eğitim Fakültesi Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi Bölümü, Tarsus \ MERSİN ekose @mersin.edu.tr 3 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi saksoy@sakarya.edu.tr Özet Temel mekanik sistemler genellikle sönümleyici, yay ve kütle gibi basit mekanik elemanlardan oluşmaktadır. Bu tür sistem ve elemanlar, araba süspansiyonu ve insan gövdesi gibi bir çok farklı mekanik sistemin modellenmesi ve analizinde kullanılmaktadır. Mekanik sistemlerin analizinde Newton’un ikinci kanunu kullanılır. Kayan kipli kontrol, değişken yapılı sistemlere uygulanabilen doğrusal olmayan bir kontrol biçimidir. Kayan kipli kontrol sistem belirsizliklerine ve bozucu büyüklüklere karsı duyarsız olma özelliği nedeniyle bir çok farklı elektromekanik sistemde uygulama alanı bulmuştur. Kayma kipli kontrol erişme evresi ve kayma evresi olmak üzere iki temel evreye sahiptir. PID kontrol ise kontrol uygulamalarında yaygın olarak kullanılan geleneksel bir kontrol biçimidir. Kullanım ve tasarım kolaylığı nedeniyle günümüzde yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu çalışmada mekanik sistemlerin modellenmesi ile, kayma kipli kontrolör ve PID kontrolör ile denetimleri ele alınmıştır. Matlab/Simulink yazılımı ortamında değişik kontrolör türlerine ve parametre değerlerine ilişkin benzetim sonuçları elde edilerek gerekli karşılaştırmalar yapılmıştır. Abstract Basic mechanical systems are usually considered to comprise of spring, damper and mass. This type of systems and components are used to modeling and analysis of many different mechanical systems, like car suspension and human body. Mechanical systems are analyzed according to Newton’s second law. Sliding mode control is a type of nonlinear control that can be applied on variable structure systems. Sliding mode control can be used in different electromechanic systems due to its effectiveness against system uncertainities and disruptive effects. Sliding mode control has two basic stages which are accession and sliding stages. PID controller is a classic control type that is used prevalent in control applications. It is preferred due to its eaisness of design and application. In this paper, modeling of mechanical systems, controlling with PID Controller and Sliding Mode Controller is discussed. Simulation results were obtained and compared with regard to different controller types and parameter values on MATLAB/Simulink software. 1. Giriş Kontrol sistemlerinin amacı, süreçlere ilişkin kontrol değişkenlerinin değişen çalışma koşulları altında arzulanan değişim formunu takip etmesini sağlamaktır. 1915 ile 1940 yılları arasında keşfedilen PID kontrol türü; Bristol, Fisher, Foxboro, Honeywell, Leeds&Northrup, Mason-Neilan ve Taylor gibi kuruluşlar tarafından geliştirilmiştir. PID kontrolörün integral (P) bileşeninin, üstlendiği ve otomatik resetleme olarak da zikredilen sürekli hal hatasının sıfırlanması işlevi, oransal kontörler de ki (P) manüel resetleme gereksinimi üstlenmiştir. Türev özelliği olan bir kontrolör ise Taylor Firmasındaki Ralph Clarride tarafından ilk kez gösterilmiştir[1]. 1930’dan günümüze kadar süregelen teknolojik gelişimlere paralel olarak PID kontrolörler de ilginç bir gelişme sürecine sahip olmuştur. Pinomatik kontrolörler, güç dengesi prensibinin sistemli kullanımı ile hızlı bir gelişme süreci geçirmiştir. Pinomatik kontrol, 1950’lerde işlemsel yükselteçlerin ortaya çıkması ile yerini elektronik sistemlere bırakmıştır. Anolog bilgisayarların geliştirilip kullanıldığı yıllarda ise PID kontrolörler analog olarak gerçekleştirilmiştir. 1970’lerde mikroişlemcilerin ortaya çıkması ile tek döngü kontrolörlerin kullanılması mümkün olmuştur. Ayrıca PID kontrolörün asıl eleman olduğu sistemlerdeki işlem kontrolünün gelişimine neden oluşturmuştur. Nitekim sayısal bir bilgisayar, ilk kez birçok PID kontrolörün görevlerini üstlenmesinde kullanılmıştır. Mikroişlemcilerin hesaplama gücü arttıkça; ayar, algılama, tetikleme gibi eylemlerin tek- döngü kontrolörde yapılması mümkün kılınmıştır. Ayrıca motor ve piston sistemlerinde de çok sayıda PID kontrol kullanılmaktadır[1]. Kayan kipli kontrol ilk kez 1950’lerin sonlarında Sovyetler Birliği’nde ortaya atılmış ve bununla ilgili ilk çalışmalar 1960’ın başlarında Emelyanov tarafından yapılmıştır. 1970’li