Elektrik makinaları deney setlerine eşzamanlı erişim sağlayabilen bir e-laboratuvar tasarımı
Design of an e-laboratory allowing simultaneous access to electrical machines experimental sets
Yazar: AYBERK CALPBİNİCİ
Danışman: DOÇ. DR. ERDAL IRMAK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik makineleri = Electric machinery

Özet:
Mühendislik ve teknik eğitim alanında verilen teorik bilgiler uygulamalar ile desteklendiğinde daha öğretici olmakta ve aynı zamanda öğrencilerin mesleki tecrübe kazanmalarına yardımcı olmaktadır. Fakat laboratuvardaki malzeme eksiklikleri, deney düzeneklerinin hazırlanmasındaki tecrübeli öğretici eksikliği, zaman yetersizliği, kalabalık sınıflar ve uygulama anında meydana gelecek iş kazalarından dolayı uygulama öğretimleri çoğu zaman gerçekleştirilememektedir. Ayrıca gelişen internet teknolojisi sonucunda yaygınlaşan uzaktan öğretim beraberinde uygulamalı dersler için gerekli laboratuvar ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Bu tür ihtiyaçlardan dolayı web üzerinden uzaktan deney yapma imkânı sağlayan e-laboratuvar düzenekleri geliştirilmiştir. Fakat uygulama yapmak için tasarlanan internet laboratuvarları tek bir kişinin sisteme bağlanıp deney yapmasına imkân vermesinden dolayı yaygın bir şekilde kullanıma sunulamamaktadır. Literatürdeki bu soruna çözüm geliştirmek amacıyla bu tez çalışmasında tek bir sunucu üzerinden temel elektrik makinaları deneylerinin gerçek zamanlı olarak aynı anda yapılabilmesini sağlayan bir e-laboratuvar geliştirilmiştir. Sistemde deneylerin eş zamanlı yürütülebilmesi için paralel işlem yapabilme özelliği olan FPGA kullanılmış, böylece tek bir arayüz üzerinden tek bir kontrol elemanı ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Sunulan e-laboratuvar uygulamasında örnek çalışma olarak DA motorun PI temelli hız kontrol deneyi, adım motorunun açı kontrol deneyi ve RC servo motorun pozisyon kontrol deneyi ele alınmıştır. Çalışmada kullanılan FPGA'in hassas ve paralel işlem yapmasından dolayı deneysel verilerin herhangi kayıp olmadan web ortamına grafiksel ve sayısal olarak aktarıldığı tespit edilmiştir. Sistem, kolay bir şekilde yeni deney düzeneklerinin eklenebilmesinden dolayı rahatlıkla geliştirilebilecek bir altyapıya sahiptir. Böylece e-laboratuvar uygulamalarına olan talebin artması ve bu alandaki çalışmaların yaygınlaşması beklenmektedir.

Abstract:
If the theoretical knowledge in engineering and technical education is supported with practical studies, it can be more instructive and helps students to gain professional experience as well. However, practical laboratory applications cannot be realized usually because of insufficient experimental materials, insufficient professional stuff in laboratories, time restrictions, crowded classes and undesired accidents during real time studies. On the other hand, widespread usage of e-learning technologies makes it necessary to use remote laboratories especially for engineering e-courses. For this aim, e-laboratory applications have been developed which allow to perform real experimental studies over the web. However, most of them could not be a good solution for remote laboratory experiences because of allowing the only one user connection to the experiments at the same time. In order to improve a solution for this issue, an e-laboratory system has been developed in this thesis which allows to perform basic electrical machines experiments simultaneously in real time by using the same server, the same user interface and the same controller. For the simultaneous control operation of experimental sets, a FPGA has been used in the system that has parallel processing capability. In the presented e-laboratory application, PI based speed control of DC motor, angel control of step motor and position control of RC servo motor experiments have been introduced as the case study. Since the FPGA used in the system has sensitive measurement and parallel operation features, it has been observed that experimental data in graphical and numerical format was transferred to web environment without any loss. The system can be updated easily by adding new experimental sets. As a result, it is expected to increase of demand for e-laboratories and the spread of studies in this area.