Servo sistemlerin kontrolü için endüstriyel amaçlı bir mikrokontrolör tasarımı

Bu tez çalışmasında, endüstride yaygın olarak kullanılan PIC16F877A, dsPIC ve Arduino Due gibi çeşitli mikrodenetleyicilerin, mimari yapı, bellek, örnekleme frekansı ve işlem hızı gibi özellikleri incelenerek endüstriyel kontrol sistemlerinde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Mikrodenetleyicilerin örnekleme frekansı ve işlem hızı açısından endüstriyel kontrol sistemleri sınıflandırıldığında zaman sabitesi yüksek olan süreç kontrol ve zaman sabitesi çok küçük olan elektrikli sürücü sistemlerin kontrolü olarak iki kategoriye ayırmak mümkündür. Diğer taraftan, Oransal, İntegral ve Türev (PID) ya da yapay sinir ağları ve bulanık mantık gibi gerçekleştirilecek akıllı kontrol algoritmalarının işlem yükü de mikrodenetleyicinin ve kontrol sisteminin performansını etkileyen önemli faktörlerdir. Dolayısıyla, mikrodenetleyicili endüstriyel kontrol sistemlerinde akıllı kontrol yöntemlerinin uygulanabilirliğini araştırmak bu çalışmanın önemli bir amacını oluşturmaktadır. Tez çalışmasının ilk aşamasında, Microchip tarafından geliştirilen PIC16F877A ve dsPIC ile Atmel firmasının ürünü olan AT91SAM3X8E mikroişlemcisi ile tasarlanmış olan Arduino Due geliştirme platformunun aynı şartlar altında performansları karşılaştırılmıştır. Mikrodenetleyicilerin analog girişlerinden analog-dijital çevirici (ADC) vasıtasıyla belirli frekanstaki bir sinüsoidal sinyal mikrodenetleyiciye alınmış, mikrodenetleyicide PID kontrol algoritması ve bazı matris işlemleri yapıldıktan sonra alınan sinüsoidal sinyal dijital-analog çevirici (DAC) üzerinden çıkışa yüklenmiştir. Böylece, sinyaldeki gecikme ölçülerek mikrodenetleyicilerin işlem yapma hızları ve dolayısıyla kontrol sistemleri için seçilebilecek en uygun örnekleme frekansları belirlenmiştir. Mikrodenetleyicilerin performanslarını gösteren sonuçlar hem simülasyon hem de uygulama çalışmaları olarak sunulmuştur. PIC16f877A mikrodenetleyicisinin, Micro c PRO programı kullanılarak yazılımı programlanmış ve Proteus 7 Professional'ın ISIS alt programında simülasyonu yapılmıştır. Arduino Due'nin yazılımı için kendi ara yüz programı kullanılarak uygulama sonuçları elde edilmiştir. Tez çalışmasının ikinci aşamasında, performansı daha iyi olan Arduino Due geliştirme platformu kullanılarak düşük örnekleme frekansının kullanılabileceği bir sıcaklık kontrol sistemi ile çok daha yüksek örnekleme frekansına ihtiyaç duyan bir doğru akım motorunun kapalı çevrim hız kontrolü gerçekleştirilmiştir. Doğru akım motorunun hız bilgisi hem enkoder hem de tako generatörden alınarak geri besleme yapılmıştır. Kontrol yöntemi olarak PID ve bulanık mantık kontrol yöntemleri kullanılmıştır. Kontrol sistemlerinin performansını gösteren deneysel sonuçlar, Arduino IDE programının seri portundan alınarak matlab programında çizdirilmiştir. Çalışılan kontrol sistemlerinin etkinliğini ve bazı sakıncalı yönlerini de gösteren deneysel sonuçlar sunulmuştur.