MATLAB ve sımulink kullanarak LQR ve kutup yerleşimi metotları ile tepe vinci kontrolü
Overhead crane control with LQR and pole placamnet methods by using MATLAB and simulink softvare
Yazar: KAAN KANDEMİR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ŞEREF NACİ ENGİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Vinçler, günümüzde ağır cisimlerin bir yerden başka bir yere nakledilmesinde en çokkullanılan yapılar olup; genellikle operatör kontrolünde manuel hareket ettirilmektedirler. Buda sistemde istenmeyen salınımlara yol açmakta hem cismin kontrolsüz şekilde taşıyıcı halatetrafında osilasyona girmesine yol açmakta; hem de etraftaki diğer cisimler; çalışanlar içinhayati tehlike oluşturmaktadır.Bu tez çalışmasında, farklı iki kontrol metodu kullanarak sisteme kontrolcü tasarlanmış vebahsedilen vinç salınımlarını en aza indirerek pozisyon kontrolü yapılması amaçlanmıştır.Öncelikle en çok kullanılan vinç yapısı olan tepe vinci sistemi ele alınmış; 2 boyutta dijitalsistem modellemesi yapılarak sistem karakteristikleri elde edilmiştir. Bulunan karakteristiklerlineerleştirilerek üzerinde asıl çalışılacak olan lineerleştirilmiş sistem durum-uzay modelindegösterilmiştir. Sistem modelleri Simulink yazılımı ile görsel forma sokulmuş; denklemlerinelde edilmesinde ise Matlab yazılımından faydalanılmıştır. Kontroledilebilirlik vegözlenebilirlik kavramları işlenmiş ayrıca servo sistemler ele alınarak sistemin teorisine katkısağlanmıştır.Sistemin tahmin edici-gözlemci dizaynı yapılarak tüm durum değişkenleri elde edilerekyapılan modele eklenmiştir. Kontrolcü olarak kutup yerleşim metodu ve LQR linear quadraticregulator yöntemleri seçilerek; sistem bu iki kontrolcü için teker teker ele alınarak sistemcevapları elde edilmiştir. Elde edilen cevaplar daha sonra dış distürbanslara karşı test edilereksonuçları gözlenmiştir. Vinçlerde taşınacak cisimlerin ağırlıkları değişken olduğundan; sonolarak bulunan katsayılar ile yapılan geribeseleme kontrol sistemleri, değişken yüklerdedenenerek sonuçları analiz edilmiştir. Yapılan simülasyonlar sonrasında elde edilengrafiklerden sonuçlar çıkartılarak; aynı sisteme uygulanan LQR ve kutup yerleşimmetotlarının birbirlerine olan üstünlükleri ve zayıflıklarına dikkat çekilerek tezsonlandırılmıştır.Matematiksel işlemler gerçekleştirilirken klasik yöntemler ile sistem çözümlenmiş; ayrıcaMatlab komut satırları da açıklanarak teze eklenmiştir.Anahtar kelimeler: Tepe vinci, kontrol teorisi, Matlab, Simulink, kutup yerleşimi, LQR,gözlemci dizaynı, lineer kontrolix

Abstract:
Nowadays cranes are the mostly used tools for transporting heavy loads from one place toanother. They are generally operated manually which causes unwanted oscillation movementof the load that causes danger to workers and surroundings.In this thesis, using two different control methods, controllers designed for the system to givethe desired position with minimum oscillation of the load. First we deal with widely usedcrane construction: the overhead crane. Modeled in 2 dof discrete state-space and systemcharacteristics obtained. These characteristics linearized and the main system model, which isthe linearizied digital state-space model, is shown. By using Simulink software; the systemmodel is transformed into visual form and the Matlab software is used for obtainingequations. Controllability, observability and servo system concepts are also represented.By estimator-observer design of the system, all state variables obtained and added to systemmodel. LQR linear quadratic regulator and pole placement methods are chosen as controllersand by taking into consideration of those two controller; the system responses obtained foreach. With adding disturbances to the obtained system, the disturbance responses of thesystem observed.Because of the varying mass of the loads, the feedback control systems obtained by feedbackcoefficients are tried on varying loads and plots analyzed. After all simulations done;conclusions made based on responses of the system to LQR and pole placement methods.Taking consideration the superiority and weakness of both controllers, the thesis is finalized.Both classical approach and Matlab command lines are used to overcome the mathematicalequations. All command lines that are used, added to the thesis.Keywords: Overhead crane, control theory, Matlab, Simulink, pole placement, LQR,observer design, linear controlx