Çok serbestlik dereceli karma manyetik levitasyon sistemi için sıfır güç denetleyici tasarımları
Zero power controller designs for multi degree of freedom hybrid magnetic levitation system
Yazar: TAYYİP ENSAR ÖZKAYA
Danışman: DOÇ. DR. KADİR ERKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Manyetik Levitasyon, ya da maglev, birçok sektörde ilgi gören bir konumlama ve tahrik teknolojisidir. Bu teknoloji, yıllardır araştırılmaktadır ve ulaştırma, üretim ve enerji üretimi gibi birçok alanda devrim oluşturabilecek potansiyele sahiptir. Maglev sistemleri, özellikle mekanik bir temas olmadan tahrik edilebilmesinden doğan avantajlardan dolayı ön plana çıkmaktadır. Temassız bir şekilde hareket ettiğinden dolayı diğer tahrik yöntemlerinde ana enerji kaybı faktörü olan sürtünme minimuma indirilmiş oluyor ve böylelikle yüksek hassasiyete sahip konumlama sistemleri geliştirilebilmesine yol açmaktadır. Bununla beraber sürtünmeden dolayı ortaya çıkan aşınan parçalar da bulunmamaktadır.
    20. yüzyılın başlarından beri farklı konfigürasyonlarda maglev sistemleri geliştirilmiştir. Bunlar özellikle taşıyıcı sistemler olarak yüksek hızlı trenlerde ve hassas konumlama sistemi olarak işlemci üretiminde olduğu gibi tozsuz, yağsız ve yüksek hassasiyetin gerekli olduğu durumlarda kullanılmaktadır. Maglev sistemlerinin sürtünmeden kazandırdığı enerji tasarrufuna ek olarak elektromıknatısların bütün yükü taşıması için harcanan enerjiyi de minimize etmek için 1960'lı yıllardan beri kalıcı elektromıknatısların da bulunduğu karma maglev sistemleri geliştirilmiştir.
    Bu çalışmada ele alınan maglev sistemi artı konfigürasyonunda dört kutuplu bir karma sistemdir. Her bir kutbu yük taşıyıcı olarak kalıcı bir mıknatıstan ve dengeyi sağlayıcı olarak bir elektromıknatıstan oluşmaktadır. Bu konfigürasyon ile sistemin yüksekliği, yunuslaması ve yatışı olmak üzere üç serbestlik derecesinin regülasyonunu mümkün olmaktadır.
    Maglev sistemleri genelde kararsız sistemler olduğundan dolayı konum kontrolü aktif kontrolcü ile sağlanması gerekmektedir. Bu tez, dört kutuplu artı konfigürasyonunda hibrit bir manyetik levitasyon sisteminin voltaj uyartımı ve akım uyartımı modlarında farklı kontrolcülerin geliştirilmesini ve uygulanmasını konu almaktadır.

Abstract:
Magnetic Levitation, or maglev, is a positioning and propulsion technology that has garnered interest in many sectors. This technology has been researched for years and has the potential to revolutionize various fields such as transportation, manufacturing, and energy production. Maglev systems stand out particularly due to their ability to be propelled without mechanical contact. By moving without contact, the main energy loss factor in other propulsion methods, which is friction, is minimized, allowing for the development of highly precise positioning systems. Additionally, there are no wearing parts resulting from friction.
    Maglev systems have been developed in various configurations since the early 20th century. They are used especially as carrier systems in high-speed trains and as precise positioning systems in processor manufacturing, where dust-free, oil-free, and high precision are required. In addition to the energy savings gained from frictionless movement, hybrid maglev systems have been developed since the 1960s, which include permanent electromagnets to minimize the energy consumed by electromagnets to carry the entire load.
    The maglev system addressed in this study is a four-pole hybrid system in its plus  configuration. Each pole consists of a permanent magnet as the load carrier and an electromagnet as the stabilizer. This configuration enables the regulation of three degrees of freedom: height, pitching, and yawing of the system.
    Since maglev systems are generally unstable, position control needs to be achieved with an active controller. This thesis focuses on the development and implementation of different controllers in the voltage excitation and current excitation modes for a hybrid magnetic levitation system in the four-pole plus configuration.