Nanometre hassasiyetinde robotik taşıma sistemi tasarımı /
Yazar: SİNAN KÖKSU
Danışman: PROF. DR. SEDAT NAZLIBİLEK
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Görüntü işleme = Image processing ; Nanometre = Nanometer ; PID = PID ; PID denetleme = PID control ; Piezoelektrik = Piezoelectric

Özet:
Bu tez kapsamında nanometre hassasiyetinde istenen değerde doğrusal biçimde bir uzama hareketi yapabilen doğrusal bir piezoelektrik motor sistemi ve denetimi için piezoelektrik eyleyici tasarlanmıştır. Bu çalışmada sadece maddenin hareketinin mikroskop görüntüleri ile ölçülmesi ve istenilen konuma gelip orada kalabilecek kadar kararlı bir denetleyici tasarımı olacaktır.
Nanometre hassasiyetindete bir motorun tasarlanması için Piezoelektrik madde kullanılmalıdır. Diğer tür motorlarda istenilen hassasiyetin yakalanması piezoelektrik maddeye göre çok daha zordur. Piezoelektrik maddenin özelliği gereği yüksek gerilimlerde düşük yer değiştirme oranlarına sahip olmalarıdır. Bu tezde kullanılan piezoelektrik madde için önerilen voltaj değişimi 0-150volt aralığında olup bu gerilim değişiminde uzama miktarı kullanılan piezoelektrik malzemeye göre  0-40mikrometre yer değiştirmeye sahiptir.
Bu tez kapsamında ilk önce piezoelektrik madde için bir sürücü devresi tasarlanmıştır. Bu sürücü devresi PWM tekniği ile çalışan bir sürücü devresidir. Tasarlanan sürücü devresi Bilgisayar ortamında modellenerek PWM tekniği ile nasıl çalıştığı ve istenilen şartları sağladığı kontrol edilmiştir. 
Piezoelektrik madde çok az yer değiştirmeye sahip olduğu için görüntü işleme teknikleri ile yerdeğiştirme miktarı ölçülmüştür. Bu ölçüm tasarlanan geribeslemeli denetim sisteminin geribesleme bilgisi olarak kullanılarak, istenen uzama miktarı ile arasındaki hata en aza indirilmeye çalışılmıştır.
Denetim algoritması olarak PID denetleyici kullanılmıştır. Kamera ile ölçülen yerdeğiştirme bilgisi arzu edilen uzama değerinden çıkarılarak PID denetleyiciye gönderilmiş ve istenilen yerdeğiştirmeye göre bir denetim sinyalinin üretilip PWM tekniği ile piezoelektrik sürücüye gönderilmesi sağlanmıştır.

Abstract:
Within the scope of this thesis, a linear piezoelectric motor system capable of linear elongation at the desired value with nanometer precision and a piezoelectric actuator for its control were designed. In this study, only the motion of the substance will be measured with microscope images and there will be a controller design that is stable enough to come to the desired position and stay there.
Piezoelectric material should be used to design an engine with nanometer precision. In other types of motors, it is much more difficult to achieve the desired sensitivity than piezoelectric material. Due to the characteristic of piezoelectric materials, they have low displacement ratios at high voltages. The voltage change recommended for the piezoelectric material used in this thesis is in the range of 0-150 volts, and the amount of elongation in this voltage change has a displacement of 0-40 micrometers according to the piezoelectric material used.
In this thesis, firstly, a driver circuit for piezoelectric material is designed. This driver circuit is a driver circuit working with PWM technique. The designed driver circuit has been modeled in the computer environment and it has been checked how it works with the PWM technique and provides the desired conditions.
Since the piezoelectric material has very little displacement, the amount of displacement was measured by image processing techniques. By using this measurement as the feedback information of the designed feedback control system, the error between the desired elongation amount and the desired elongation has been tried to be minimized.
PID controller is used as control algorithm. The displacement information measured by the camera is subtracted from the desired elongation value and sent to the PID controller, and a control signal is generated according to the desired displacement and sent to the piezoelectric driver by PWM technique.