Hidrolik çekme-basma deney cihazı için bilgisayarlı kontrol sistemi geliştirilmesi
Development of computer control system for hydraulic tensioncompression test machine
Yazar: MUSTAFA EMRE ÇETİN
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN KAYACAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bilgisayar destekli denetim = Computer aided control ; Eğilme = Bending ; Materyal testi = Materials testing ; Test cihazı = Test instrument ; Yorulma = Fatigue

Özet:
Bu çalışmanın merkezinde, Süleyman Demirel Üniversitesi Makine Mühendisliği
Bölümü Biyomekanik Laboratuvarında düşük mukavemetli malzemelerin
mekanik deneyleri için kullanılmakta olan masaüstü hidrolik basma-çekme
deney cihazı bulunmaktadır. Deney cihazı halihazırda manuel olarak kontrol
edildiğinden istenilen deplasman/zaman ve yük/zaman profillerini elde etmek
hayli zorlaşmakta ve bazı durumlarda mümkün olmamaktadır. Diğer önemli bir
eksiklik ise düşük frekanslı yorulma deneyleri için kullanılamamasıdır. Bu
çalışma ile söz konusu deney cihazının bilgisayarla kontrolü için daha az
maliyetli ama piyasadakilere yakın hassasiyette bir bilgisayarlı kontrol sistemi
geliştirilmiştir. Kontrol sistemi geliştirirken hidrolik silindirin konum, hız ve
kuvvet değerlerini sürekli olarak ölçen ve zamana bağlı olarak kayıt eden
LABVİEW programı oluşturulmuştur. Hidrolik silindirin basma yönünde
minimum 0.08-11.1 mm/sn aralığında, çekme yönünde 0.1-14.8 mm/sn
aralığında hız değeri ile kontrol edilebileceği görülmüştür. Sistemin boşta
çalışması sırasında kayıt edilen verilere uygun olarak bir transfer fonksiyonu
elde etmek amacıyla MATLAB System Identification Module kullanılmıştır.
Transfer fonksiyonunun elde edilmesinin ardından MATLAB programı
kullanılarak transfer fonksiyonuna uygun olarak PID parametreleri
belirlenmiştir. PID kontrol parametreleri konum ve hız kontrolü için sisteme
uygulanmıştır. Sistemin istenilen hassasiyette ve kabul edilebilir aşma sınırları
içinde kontrol edilebildiği gözlemlenmiştir. Sistemin numunesiz çalıştırılarak
test edilmesinin ardından deney numuneleri ile test edilmiştir. İstenilen hızdan
maksimum %5,33 oranında sapma olduğu ve bunun sistem için kabul edilebilir
sınırlar içerisinde olduğu gözlemlenmiştir. Deney sistemi boşta ve deney
numunesi ile test edildikten sonra çekme, basma, yorulma ve üç nokta eğme
deneylerinde istenilen hız, konum ve kuvvet parametreleri LabVIEW
programında girilerek çekme, basma, üç nokta eğme ve yorulma deneyleri farklı
malzemelerle farklı deney hızlarında gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda
bilgisayarda oluşturulan arayüz yazılımı ve kontrol sistemi ile düşük
mukavemetli malzemelerin statik basma, statik çekme, üç nokta eğilme, dört
nokta eğilme ve düşük frekanslı yorulma deneylerinin yapılabildiği, sisteme
girilen deplasman-zaman ya da yük-zaman profiline bağlı olarak deney
cihazındaki hidrolik silindir piston milinin hareketinin sağlanabildiği
görülmüştür. Ayrıca deneyin çıktısı olarak kuvvet-zaman, deplasman-zaman,
kuvvet-deplasman, gerinme/zaman ve gerilme-gerinme diyagramı gibi gerekli
olan diyagramlar çizdirilebilmektedir.

Abstract:
In the center of this study, there is a tabletop hydraulic compression-tension
test device, which is used for mechanical tests of low-strength materials in the
Biomechanics Laboratory of the Mechanical Engineering Department of
Süleyman Demirel University. Since the test device is currently controlled
manually, it is very difficult, in some cases impossible, to obtain the desired
displacement/time and load/time profiles. Another important deficiency is that
it cannot be used for low frequency fatigue tests. In this study, a computerized
control system of the mentioned test device was designed with less cost but
with close properties to other test devices in the market. In order to develop the
control system, the LabVIEW program was created, which continuously
measures the position, speed and force values of the hydraulic cylinder and
records them over time. It has been observed that the hydraulic cylinder can be
controlled with a speed value in the range of 0.08-11.1 mm/sec in the
compression and 0.1-14.8 mm/sec in the tension. MATLAB System
Identification Module was used to obtain a transfer function in accordance with
the recorded data during the idle operation of the system. After obtaining the
transfer function, PID parameters were determined using the MATLAB program.
PID control parameters are applied to the system for the position and speed
control. It has been observed that the system can be controlled with the desired
sensitivity and acceptable limits. The system was tested without any samples
first, and it was observed that there was a maximum deviation of 5.33% from
the desired speed, which is within the acceptable limits. The tests were also
carried out with different materials at different test speeds, and as a result, it
was seen that the with the interface software and the control system designed,
the static compression, tension, bending and low-frequency fatigue tests of lowstrength materials can be performed successfully. In addition, necessary
diagrams such as force-time, displacement-time, force-displacement, strain-time
and stress-strain diagrams can be drawn as the output of the test performed.