Bulanık mantık yöntemi ile jeneratörlerde devir kontrolü ve yük paylaşımı için elektronik governör tasarımı ve uygulaması
The design and application of electronic governors for speed control and load balancing in generators by using fuzzy logic technique
Yazar: ŞABAN BÖYÜK
Danışman: PROF. DR. KORAY TUNÇALP
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Governör, bir deniz motorunun tasarlandığı güce bağlı olarak, çalışma anındaki yüke göre devrini sabit olarak korumasına yarayan sürat kontrol cihazıdır. Bir governör aynı anda en yüksek ve en düşük makine devrinin sınırlandırılmasında da kullanılabilir. Dizel motorlarda kullanılan bütün governörlerin amacı, silindirlere giden yakıt miktarını kontrol etmektirAna görevlerine bağlı olarak dört çeşit governör bulunur. Bunlar; sabit sürat governörleri, değişebilir sürat governörleri, sürat sınırlayıcı governörler, yük sınırlayıcı governörlerdir.Çalışmada bir sabit sürat governörü geliştirilmiştir. Bu governörler; jeneratör vb. bazı sistemlerde makine devrinin yüksüz konumdan tam yük konumuna kadar devrin sabit kalmasını sağlamaktadır.Sabit sürat governörleri yük değişimlerine göre yakıt miktarına kumanda ederek makine devrinin sabite çok yakın kalmasını sağlarlar. [1,2]Mikrodenetleyici yardımıyla bulanık mantık yöntemini kullanarak aktüatörü kontrol edecek. Sensörlerden aldığı veriler doğrultusunda mevcut durumu daha önceden öğretilmiş olan durumlar ile karşılaştırarak en uygun miktardaki yakıtı jeneratöre göndererek. Kontrol sistemi (governör) istenilen hedef devre en az aktüatörle oynayarak konumlanması sağlanacaktır.Jeneratörlerin paralel bağlı konuma alınması, diğer bir tanımla çoklu uygulamalarda mevcut yükün jeneratörler arasında eşik yük paylaşımının sağlanması esnasında hedeflenen devri koruyacak algoritma oluşturulmuştur.Çalışmada öncelikle jeneratöre kumanda edecek olan elektronik kartın şematik tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bilgisayar ortamı kullanılarak mikrodenetleyici kodu yazılmış, yazılan kod bilgisayarda çizilerek üretilmiş olan şematik tasarım üzerinde simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Test edilerek eksiklikleri ve yetersizliklerinin olup olmadığı belirlenmiş ve eksiklikleri giderilmiştir. Şematik olarak tasarlanmış olan elektronik kart tasarımının, bilgisayarda PCB tasarımına aktarılma işlemi gerçekleştirilmiştir. PCB tasarımı yapılan elektronik kart bastırılmıştır. Kartın montajı yapılmıştır. Düzenlenmiş olan bir test düzeneğinde kademeli olarak yük uygulanmış ve elektronik governör kontrol sisteminin mevcut yük durumlarına göre ayarlanması sağlanmıştır. Ayar işlemi tamamlanan sistemde test düzeneği üzerinde değişken yükler verilerek tek başına elektronik governör sisteminin çalışıp çalışmadığı kontrol edilmiştir.Bu test işlemi üç farklı algoritma ile başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. İkinci aşama üç-konum kontrol algoritmasının denenmesi, üçüncü aşama PID algoritmasının denenmesi, dördüncü aşamada ise Bulanık Mantık algoritmasının testleri yapılmıştır. Testler sonucunda elde edilen kazanımlar ayrıntılı olarak tezin son kısmında yazılmıştır.Bunlarda başarılı olunduktan sonra beşinci ve son aşama olan birden fazla jeneratörün paralele alınarak sistemin eşit yük dağılımı yapması yani yükleri eşit paylaşıp paylaşmadığı denenerek testleri gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Governor is a speed control equipment that serves for a marine engine to maintain its rpm fixed according to engine load at run time depending on the engine design. In addition to this, a governor can be used for defining the limits of maximum and minimum engine rpm. The intended use of all governors in diesel marine engines is to control fuel quantity flowing through cylinders.There are four types of governor according to their main tasks. These are; constant speed governors, variable speed governors, speed delimiter governors and load delimiter governors.In this thesis, a constant speed governor was developed. These governors provide engine rpm as constant between unloaded through fully-loaded states in some systems such as generators.Constant speed governors provide engine rpm almost constant, by controlling fuel quantity according to load changes. [1, 2]In this work, the governor controls actuator by using microcontroller with fuzzy logic techniques. It determines the optimum fuel quantity flowing through cylinders as comparing the current state with the previously known states with the usage of censor data. It stabilizes the engine rpm as the target rpm with minimum usage of actuators.For this purpose, an algorithm was developed that adjusts generators in parallel state, in other words, maintains engine rpm in target limits during the sharing of current load on generators equally.In this work, first of all, the schematic design of electronic card that will command generators was implemented. Secondly, microcontroller code was written in computer environment and simulation of that code was performed on the schematic design which was implemented on the computer. And then, the drawbacks and failures of the schematic design are determined according to the tests and those are resolved. Thirdly, the schematic design was converted into PCB design on the computer. Then, according to that PCB design, the electronic card was implemented and assembled. On a pre-established test apparatus, load was applied gradually and electronic governor control system was adjusted according to those load levels. After the adjustment, variable load quantities are applied on the system to check whether it works correctly.This test was implemented by using three different algorithms successfully. Three-State control algorithm, PID algorithm and Fuzzy Logic algorithms are used successively. The experimental results and their contribution are given in detail at the end of the thesis.After successfully implementing the previous tests, a final test was implemented to check whether the system makes load distribution equally by parallelizing more than one generator.