Matlab-SIMULINK + PIC tabanlı bulanık mantık denetleyici tasarımı ve gerçek zamanlı sıcaklık kontrolu uygulması
Matlab-SIMULINK + PIC based fuzzy logic controller design and implementation of real time temperature control
Yazar: YAŞAR BOLAT
Danışman: DOÇ.DR. FEVZİ BABA ; Y.DOÇ.DR. HASAN ERDAL
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Bilgisayar Sistemleri Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
ÖZETMATLAB-SIMULINK + PIC TABANLI BULANIK MANTIKDENETLEYİCİ TASARIMI ve GERÇEK ZAMANLI SICAKLIKKONTROLÜ UYGULAMASIKontrol Eğitiminde, teorik bilgilerin uygulanmasının öğrencinin öğrenmesürecindeki önemi oldukça büyüktür. Uygulama, öğrenmenin pekiştirilmesinde enbüyük katkıyı sağlayan kısımdır. Ayrıca öğrencinin motivasyonunu artırır ve onu işdünyasına hazırlar. Kontrol eğitiminde uygulamanın öneminden dolayı bu çalışmadakontrol laboratuarında kullanılmak üzere deney seti hazırlanmıştır.Bu çalışmada, öncelikle, önceden hazırlanmış olan fırının Matlab-SIMULINK simülasyon yazılımı üzerinden gerçek zamanlı denetiminin sağlanmasıiçin PIC tabanlı bir kart tasarlanmıştır. Bu kart, fırının sıcaklık bilgisinin Matlab-SIMULINK ortamına, Matlab-SIMULINK ortamında oluşturulan denetim bilgisininde fırına iletilmesini sağlamaktadır. Aynı zamanda, fırının denetimi sadece kartüzerinden PIC yazılımı ile de yapılabilmektedir. Gerçekleştirilen tüm işlemlergerçek zamanlı olarak yapılmaktadır.Fırın FOPDT (First Order Plus Dead Time) yani, birinci derece artı ölü zamangecikmeli bir sistemdir. Öncelikle fırının modelinin çıkartılması için otomatikayarlama yöntemlerinden Ziegler-Nichols Basamak Cevabı Alan Yöntemikullanılmıştır.Buna ek olarak, fırın otomatik ayarlama yöntemlerinden Ziegler-NicholsBasamak Cevabı Alan Yöntemi ile belirlenen PI parametreleri ve Bulanık KazançAyarlı PI Denetleyici kullanılarak simülasyonları yapılmıştır. Ardından, hem Matlab-SIMULINK üzerinden hem de tasarlanan kart üzerinden denetlenmiştir. Bulanıkmantık denetleyici yazılımının C kodu PIC yazılımına gömülerek fırının sadece kartüzerinden denetimi de sağlanmıştır. Bulanık Kazanç Ayarlı PI Denetleyicinin PICvmikro denetleyici yazılımına gömülebilmesi için önce fuzzyTECH ortamında C koduüretilmiş ve üretilen C kodu üzerinde gerekli düzenlemeler yapılmıştır.Oluşturulan deney seti üzerinde uygulanan bu iki denetim yöntemiyle deneysetinin performansı test edilmiştir. Öncelikle, fırının modeli kullanılarak ikidenetleyicinin Matlab-SIMULINK'de simülasyonları yapılmıştır. Ardından, fırınınaynı denetleyiciler kullanılarak PIC tabanlı kart yardımıyla Matlab-SIMULINKüzerinden denetimleri gerçeklenmiştir. Son olarak, fırının denetimi bulanık mantıkdenetleyici yazılımı PIC tabanlı kart üzerindeki mikro denetleyiciye gömülerekgerçeklenmiştir. Fırının Matlab-SIMULINK üzerinden denetlenmesi ile elde edilensonuçlarla tasarlanan PIC tabanlı kart üzerinden denetlenmesi ile elde edilen sonuçlarörtüşmektedir. Bu da fırının Matlab-SIMULINK ile gerçek zamanlı ve sağlıklı birşekilde haberleştirilebildiği anlamına gelmektedir. Böylece, hem öğrencilerin kontrollaboratuarında Matlab-SIMULINK yazılım programını kullanarak deneyselçalışmalarında çok pratik bir şekilde kullanabilecekleri bir deney seti elde edilmişhem de iki ayrı denetleyici tasarlanılarak ve bu denetleyiciler PIC mikro denetleyiciyazılımına gömülerek fırının başarılı bir şekilde denetlenmesi sağlanmıştır. Sonuçolarak, hazırlanan bu eğitim setiyle kontrol eğitimine önemli bir katkıdabulunulmuştur.Eylül 2006 Yaşar BOLATvi

Abstract:
ABSTRACTMATLAB-SIMULINK + PIC BASED FUZZY LOGICCONTROLLER DESIGN and IMPLEMENTATION of REALTIME TEMPERATURE CONTROLIn control education, the importance of practicing the theoretical knowledgein learning process is rather big. Practice is the most important part of strengtheningthe learning process. Furthermore, it increases motivation of the students and makesthem ready for the profession world. In this study, an experiment set is prepared forusing 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 timecontrol of the oven prepared before through Matlab-SIMULINK simulation software.This card enables Matlab-SIMULINK simulation software to get the temperature ofthe oven and provides control signal prepared in Matlab-SIMULINK environment tothe oven. At the same time, the oven can be controlled using PIC software. And allthese processes are realized as real time.The oven is an FOPDT (First Order Plus Dead Time) system. First, to get themodel 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 GainScheduling of PI Controller through both Matlab-SIMULINK and designed card.Fuzzy logic controller is used to control the oven by embedding C code of thecontroller to the PIC microcontroller software. fuzzyTECH simulation program isused to produce C code of Fuzzy Gain Scheduling of PI Controller and this code ismodified and embedded to PIC microcontroller software.Performance test of the experiment set is realized using these two controlmethods. First, two control methods are simulated using the model of the oven inviiMatlab-SIMULINK. Then, two control methods are realized using the oven, PICbased card and Matlab-SIMULINK. Finally, fuzzy logic controller is realized usingonly PIC based card by embedding the controller software (C code is produced byfuzzyTECH) to the PIC software. The results are in agreement. This means that theoven can provide real time communication successfully. Thus, an experiment set thatstudents can use practically while doing their experiments using Matlab-SIMULINKsoftware is prepared. The oven is controlled successfully using designed twodifferent controllers and these controllers are embedded to the PIC microcontrollersoftware. As a result, this experiment set contributes to the control education.September 2006 Yaşar BOLATviii