pdf-282kB
Transkript
pdf-282kB
DGM TEKNİĞİ İLE SERVOVALF KUMANDALI HİDROLİK SİSTEMLERDE MİKRODENETLEYİCİLİ KONUM KONTROLU Mesut Şengirgin1 İbrahim Yüksel1 Gürsel Şefkat1 Halil İbrahim Önbaş2 1 U.Ü. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Görükle-BURSA 2 PiOMAK Otomasyon ve Makina A.Ş. İSTANBUL ÖZET Bu çalışmada, Darbe Genişlik Modülasyon (DGM) tekniği ile elektrohidrolik servovalf kumandalı bir konum denetim sisteminin mikrodenetleyicili kontrolu incelenecektir. Deneysel çalışmalar U.Ü. MühendislikMimarlık Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü laboratuvarlarında mevcut hidrolik güç birimine bağlı 200 mm stroklu, 25 mm silindir, 16 mm piston çubuğu çaplı çift uyarılı-çift piston çubuklu (senkronize) silindir sistemi üzerinde yürütülmektedir. Sayısal DGM üreteci için 8051 mikrodenetleyici ailesinden 80C51FA tipi mikrodenetleyici kullanılmıştır. 1.GİRİŞ Hidrolik devreler, özellikle yüksek güç yoğunluğu gerektiren hemen hemen tüm otomatik makinalarda kullanılır. Uygulama alanları olarak, bilgisayar denetimli sayısal takım tezgahları (CNC), uçaklar, gezici iş makinaları, presler, enjeksiyon makinaları, vb. sayılabilir. Bu makinaların bir elektrik sinyali yardımı ile uzaktan kumandalı çalışmasını sağlayan temel eleman elektrohidrolik valftir. Elektrohidrolik valfler, elektriksel aygıtlar ile hidrolik sistemler arasında arayüz elemanıdır. Elektrohidrolik valfler genel olarak servovalfler ve solenoid valfler olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Tarihsel gelişimi içinde servovalflerin elektriksel kumandasında, elektrikli servomotorlar, magnetostriktif aygıtlar, piezoelektriksel kristaller [1], oransal solenoidler , AC tork motorlar, hareketli sargı aygıtları kullanılmış ise de günümüzde en yaygın olarak kullanılanı kalıcı mıknatıslı tork motordur. Tork motorları, girişlerine uygulanan elektrik akımı değişimine orantılı bir dönme hareketi (tork motoru) veya öteleme hareketi (kuvvet motoru) sağlayan eketromekaniksel aygıtlardır. Elektrohidrolik valfleri zayıf bir elektriksel giriş sinyali yardımı ile sürmek için özel elektronik devreler kullanılmakta ve devreler elektrohidrolik sistemlerin tamamlayıcı parçaları olarak ele alınmaktadır. Analog elemanlardan meydana gelebilen bu devreler günümüzde elektronik teknolojisinde ortaya çıkan gelişmelere paralel olarak sayısal (dijital) elemanlardan oluşturulabilmektedir. Bu devreler ayrıca sistemin doğrudan bilgisayarlı denetimini de olanaklı kılar. Genel olarak kapalı-döngü elektrohidrolik sistemin mikroişlemci veya mikrodenetleyici biçimindeki sayısal denetim organı ile denetlemek için analog/sayısal (A/D) ve sayısal/analog (D/A) çeviricilere ihtiyaç vardır. Bu durumda sayısal çalışan mikroişlemciler yanında çeviriciler biçiminde ilave donanım gerekmektedir. Bu hem ilave maliyet ve hem de sistem ile denetim organı arasındaki iletişimde bilgi kaybına neden olur. Mikroişlemci ve mikrodenetleyici tipi denetim organından gerçek yarar, sistemin doğrudan sayısal denetimi yolu ile sağlanabilir. Bunun için elektrohidrolik sistemin temel arayüz elemanı servovalfin ve silindir çıkışının doğrudan mikrodenetleyiciye bağlanabilmesi gerekir. Konum algılamada enkoderler sayısal işaret üretmek için kullanılan çok hassas cihazlardır. Diğer taraftan mikrodenetleyici çıkışı da darbe trenleri biçimnde sayısal işaretlerden ibarettir. Bu darbe trenleri belli bir sabit frekansta doluluk/boşluk oranı değiştirilebilen sinyaller biçimine sokulacak olursa servovalf da bu oranın ortalama değerini izleyecektir. Bu teknik ise Darbe Genişlik Modülasyon (DGM) tekniği olarak bilinir. DGM tekniği genelde doğrusal olmayan bir anahtarlama elemanı çıkışından doğrusal bağıntılar elde etmek için kullanılır. Darbe doluluk/boşluk oranına bağlı olarak anahtarlama elemanı çıkışından zaman ortalaması oransal bir çıkış sinyali elde edilir. Bu teknik elektrohidrolik sistemlerde aç-kapa biçiminde çalışan solenoid valfleri doğrusal olarak sürmek için kullanılmakta ve bu konuda çeşitli çalışmalar yürütülmektedir [2,3,4]. Diğer taraftan DGM tekniği doğru akım servo motorlarında akımı sürücü devreleri (power amplifier) anahtarlama biçiminde sürmek için kullanılır. Böylece devrede oluşabilecek güç kayıpları minumum düzeyde tutulmaya çalışılır. Bir anahtarlama elemanı olmamakla beraber oransal çalışan servovalflerin sürülmesinde DGM tekniğinden yararlanan çok çeşitli çalışmalar yapılmıştır [5,6]. Analog DGM sinyali kullanılan bu çalışmalarda, daha çok servovalflerin kirleticilere karşı hassasiyetini azaltmak ve imalat toleranslarını düşürerek valfın maliyetini düşük tutmak amaçlanmıştır. Analog DGM tekniğinde sıfır giriş işaretine karşılık doluluk/boşluk oranı eşit bir kare dalga sinyali oluşur. Bu da, herne kadar çıkış işaretinin zaman ortalamasını sıfır yapmaktaysa da anahtarlama elemanını sürekli titreşimde bırakır. Bu çalışmada sayısal DGM tekniği yolu ile oransal bir servovalfın sürülmesi ve buna bağlı olarak hidrolik konum denetim sisteminin doğrudan mikrodenetleyici yolu ile denetiminin gerçeklenmesi ele alınmıştir. 2. SİSTEMİN TANIMI VE MATEMATİKSEL MODELLENMESİ Bu çalışmada, kapalı-döngü, servovalfli bir hidrolik silindir konum denetim sisteminin doğrudan sayısal denetimini gerçeklemek amacı ile bir mikrodenetleyici, akım sürücü, servovalf, silindir ve optik enkoder kullanılmıştır. Ayrıca sisteme akışkan gücü sağlamak üzere 20 lt/dak. lık bir hidrolik güç birimi kullanılmıştır. Sistemin devre þemasý Þekil 1 de verilmiþtir. Kullanýlan servovalf Rexroth marka ( 4WS2EM10) çift kademeli, mekaniksel geribeslemeli, 10 lt/dak. debi kapasitesindedir. 200 mm strokundaki silindirin piston çapý 25 mm, piston çubuðu çapý 16 mm olup çift etkili, çift piston çubukludur (simetrik). Devir baþýna 1000 darbe (pulse) üreten dönel bir optik enkoder kullanýlmýþ ve silindirin öteleme hareketini dönme hareketine dönüþtürmek için tel ve makara sisteminden yararlanýlmýþtýr. Bunun için esnemez bir çelik telin bir ucu piston çubuðu ucuna diðer ucu da enkoderin ucuna baðlý 46.5 mm çapýnda çelik bir makaranýn çevresine dolandýrýldýktan sonra sabit bir zemine baðlanmýþtýr. Böylece enkoderin devir baþýna 146 mm lik bir öteleme hareketini ölçmesi saðlanmýþtýr. Servovalfý sürmek için kullanýlan akým sürücü (power amplifier) devre 5 voltluk gerilim iþaretine karþýlýk maksimum 30 mA akým (kazancý 30/5=6 mA/volt) sürecek güçtedir. Sistemin iþlevsel blok þemasý Þekil 2'de verilmiþtir. Buna göre sistemin deðiþik elemanlarýna ait transfer fonksiyonu ve bunlara ait sabitler aþaðýdaki gibi verilebilir. Mikrodenetleyici Tork motoru Plaka-lüle geribesleme çubuðu Enkoder sürgü Servovalf M Sabit debili pompa Şekil 1. Konum denetim devre şeması Akým sürücü Mikrodenetleyici R(s) + 2n _ Kd Şekil 3. Servovalf ∆e V Ka Silindir Enkoder Servovalf 1 Qv y ∆i Ke Gv s A 3 p m A m /s C(s) Şekil 2. İşlevsel blok şema Denetim Organı: Bir mikrodenetleyiciden ibaret olan denetim organı ikili sayılar düzeninde 12 bitlik arzu edilen giriş ve 12 bitlik geribesleme işaretine karşılık 12 bitlik hata işareti oluşturur. Bu hata işaretine karşılık ise 5 volt genliğinde DGM sinyali sağlanır. 12 bitlik (212=4096) denetim kelimesinin yarısı valfi pozitif ve diğer yarısı da valfi negatif yönde ∆e sürmek için kullanılır. Buna göre denetim organı kazancı, K d = n = 5volt / 2048 olarak 2 ifade edilebilir. Akım Sürücü: Elektronik bir devreden ibaret bu elemanın cevap hızı denetim sistemi döngüsü içindeki diğer elemanlar yanında çok yüksek olduğundan kazanç elemanı tipinde ∆i modellenebilir. Akým- gerilim kazançý, K a = = 30mA / 5volt . ∆e Servovalf: Þekil 3 de verilen çift kademeli servovalfin birinci kademesi bir elektriksel giriþ iþaretine karþýlýk tork motoru, plaka-lüle düzenlemesi yolu ile ikinci kademe için basýnç sinyali saðlar. Bu basýnç sinyali de sürgülü valf biçiminde ikinci kademe valf elemaný çýkýþýndan bir akýþkan (debi) sinyali oluþturur. Elektro-mekanik bir aygýt olan servovalfýn temel baðýntýlarý oldukça karmaþýktýr. Valfin elektriksel kýsmýný teþkil eden tork motoru sargýsý bir indüktans L ve bir direnç R elemanýndan ibaret doðrusal biçimde modellenebilir. Sargý uçlarýna uygulanan e gerilim iþaretine karþýlýk gelen i akým deðimi arasýndaki baðýntý e = Ri + L di dt (1) biçiminde ifade edildikten sonra bu kýsmýn transfer fonksiyonu I ( s) 1/ R 1/ R = veya = (2) E ( s) L / Rs + 1 Te s + 1 biçiminde verilebilir. Burada Te=L/R elektriksel zaman sabiti olup servovalfýn en küçük zaman sabitini belirler. Bu deðer özellikle DGM sinyali frekansýnýn üst sýnýrýnýn belirlenmesinde önemli rol oynar. Sargý uçlarýnda oluþan akým deðiþimi öncelikle bir mýknatýs akýsý deðiþimine, bu deðiþim de mýknatýs kuvveti deðiþimine ve bu kuvvette lüle plakasý üzerinde bir döndürme momenti oluþmasýna neden olur. Bu moment sonucu oluþan harekete plakanýn eylemsizliði, yay ve sürtünme kuvvetleri ve lüle arka basýncý kuvveti yenilmeye çalýþýlarak bir basýnç farký deðiþimi oluþturulur. Birinci kademede oluþturulan bu basýnç farký sonuçu ise ikinci kademe sürgü elemanýn eylemsizliði, sürtünme ve yay kuvvetlerine karþý oluþan hareket sonucu valfýn çýkýþýndan bir akýþkan (debi) sinyali saðlanmýþ olur. Histerisiz, ölü bölge, yapýþkanlýk sürtünmesi gibi doðrusalsýzlýklarý içeren dinamik baðýntýlarý ayrýntýlý bir biçimde çýkarmak ve bu baðýntýlarda yer alan parametreleri tespit etmek oldukça zordur. Genel olarak iki kademeli bir servovalfýn dinamik davranýþýný tanýmlayan transfer fonksiyonu, giriþ elektriksel iþaret e ile çýkýþ debi iþareti q arasýnda aþaðýdaki standart biçimde verilmekterdir . G ve ( s) = G v (s ) = Q v (s ) K vω 2 nv = 2 E(s) s + 2ζ vω nv + ω 2 nv (3) ∂q v m 3 / s Burada K v = = valfýn akýþkan kazançý, ω nv : valfýn açýsal doðal frekansý ∂e volt (rad/s) ve ζv : valfýn sönüm oraný olup deðerleri imalatçý firma tarafýndan tanýmlanmaktadýr. (3) nolu ifade (2) nolu ifade ile verilen elektriksel kýsmýn dinamik davranýþýný içine almaktadýr. Hidrolik Silindir: Tipik bir silindir sistemi eylemsizlik kütlesi, yaðýn sýkýþtýrýlabilirlilik etkisi, yapýþkanlýk sönümü, varsa yay kuvveteler, sürtünme kuvvetleri gibi elemanlardan ibaret olarak modellenebilir. Doðrusal sýnýrlar içersinde kalmak kaydý ile silindir sisteminin genelleþtirilmiþ transfer fonksiyonu ise G s (s ) = Q v (s ) K Lω 2 nL = 2 Y(s) s(s + 2ζ Lω nL + ω 2 nL ) (4) ile verilebilir. Burada AL = Ap 2 A p + CLB L2β(A2p +CL B) O P ω nL = M M P M P N mV Q 12 L O B + βC L P ζ L = ω1 M M P nL M N2m V P Q dir. Diğer taraftan bu çalışmada ele alınan silindir sistemi yüksüz olup eylemsizlik kütlesi, yağın sıkışabilirliliği, yapışkanlık sürtünmeleri ihmal edilebilecek mertebelere düşebilir. Bu durumda silindir sisteminin transfer fonksiyonu basit bir biçimde G s ( s) = Y( s) 1 / A p = Q v ( s) s (5) ifade edilir. Optik Enkoder: Enkoder, y giriş konum işaretini, mikrodenetleyicide 2n denetim kelimesine dönüştüren bir kazanç elemanı tipinde modellenebilir. Buna göre 2n 2n Ke = = ∆Y l p (6) þeklinde ifade edilir. Sistemin basitleþtirilmiþ kapalý-döngü transfer fonksiyonu ise K d Ka G v (s)1 / (sA p )K e 1 G (s) = = 1 + K d Ka G v (s)(1 / sA p )K e Tks + 1 (7) dir. Burada servovalf transfer fonksiyonu yaklaþýk olarak, Gv(s)=Kv kazanç elemaný Ap Al veya = p p biçiminde ifade edilebilir. biçiminde tanýmlanacak olursa Tk = K d Ka K vK e Qv Servovalfýn cevap hýzý tüm sistemin cevap hýzý yanýnda çok yüksek olduðu durumlarda bu yaklaþým oldukça iyi sonuçlar vermektedir. 3. MÝKRODENETLEYÝCÝLÝ DENETÝM VE DGM TEKNÝÐÝ Bu çalýþmada; 4K ROM, 128 Byte RAM, 2 adet 16-Bitlik zamanlayýcý/sayýcý, 4x4 giriþ/çýkýþ hattý, bir adet seri haberleþme hattý ve bir adet 12 MHz lik osilatör devresi içeren 8051 mikroiþlemci ailesinden 80C51FA tipi kullanýlmýþtýr. Ayrýca ilave olarak; program belleði için 64K lýk bir EPROM, veri belleði için 2K lýk RAM ve bir de kristal kullanýlmýþtýr. Devrenin þemasý Þekil 4'de verilmiþtir. Mikrodenetleyici birimi denetim iþlemi için gerekli ilave donanýmlarýn yanýnda aritmetik mantýk birim, kaydedici, veri hattý, denetim hattý, adres hattý gibi normal mikroiþlemcide mevcut birimler ile de donatýlmýþtýr. [7] Kendine özel makine dilinde programlanabilen mikrodenetleyici için, sistemde kullanýlan servovalfin DGM sinyali ile kapalý-döngü denetimini saðlayan, EPROM üzerinde bir program hazýrlanmýþtýr. Bu programa darbe frekansý ve darbe genliði kolaylýkla deðiþtirilebilir bir esneklik verilmiþtir. Bu birimde denetim iþlevi yazýlým algoritmalarý ile yerine getirildiðinden farklý denetim iþlemleri için çok deðiþik denetim algoritmalarý (örneðin PID) da kolaylýkla hazýrlanabilecektir. Ayrýca denetim birimi seri haberleþme hattýna da sahip olduðundan bir bilgisayar ile haberleþmesi mümkündür. n bitlik bir sayýcýnýn çýkýþ sinyali periyodu Tc ve frekansý fc ise, Tc = 2n Tclk ve fc = fclk 2n (8) þeklinde ifade edilebilen DGM sinyali elde etmek mümkündür. Burada; Tclk ve fclk sýrasýyla zamanlayýcý giriþ periyodu ve frekansýdýr. Kullanýlan mikrodenetleyicide bulunan iki adet zamanlayýcýdan birisi, fc sayýsal DGM sinyalinin frekansýný ve diðeri de bu frekans içinde kalan td darbe geniþliðini veya darbe periyodunu oluþturmak için kullanýlmýþtýr. Dört farklý biçimde çalýþtýrýlabilen zamanlayýcý ile 12 MHz osilasyon frekansýnda yaklaþýk 15 Hz ile 9 kHz arasýnda sayýsal DGM sinyali elde edilmesi mümkün olmaktadýr. Bu deðerler ele alýnan sistemde yeterli görülmektedir. Ayrýca, daha düþük frekanslarda bir osilatör kullanmak sureti ile frekans aralýðýnýn alt seviyesini 15 Hz inde altýna düþürmek mümkündür. Mikrodenetleyicide program komutlarýnýn icrasý için geçen süre çok kýsa olup yaklaþýk 60 mikrosaniye civarýndadýr. Bu da devrenin gerçek zaman denetim sistemlerinde kolaylýkla kullanýlabileceðini göstermektedir. DGM sinyali içinde kalan bir darbenin geniþliði td ise t d = dk Tclk (9) þeklinde ifade edilir. Burada dk, denetim kelimesidir. Verilen bir darbenin geniþliði için sinyal tayfý modüle edilmiþ çýkýþýn tek bir periyodu üzerinde Fourier dönüþümü uygulamak sureti ile Ön Ayarlar Hatayý Oku KONTROL PANELÝ HAFIZA BÝRÝMÝ Pozitif Negatif HATA ? MÝKRODENETLEYÝCÝ DEVRE DÝJÝTAL ÇIKIÞ PWM DPWM SEÇÝCÝ Çýkýþa Hata Deðeri Ýle Orantýlý Negatif DGM Sinyali Gönder Çýkýþa Sýfýr DGM Sinyali Gönder Çýkýþa Hata Deðeri Ýle Orantýlý Pozitif DGM Sinyali Gönder ENKODER Þekil 4. Mikrodenetleyici devresi Þekil 5. DGM algoritmasý bulunur. Tayf içindeki doðru akým bileþeni genliði, yani zaman alaný sinyalinin ortalama deðeri edc, t e edc = d d veya edc = (dk / 2n ) ed (10) Tc þeklinde ifade edilir. Burada dk denetim kelimesini ve ed de darbe sinyalinin genliðini göstermektedir. Denetim kelimesi ise ikili sayýlar düzeninde 0 ile 2n arasýnda deðiþir. Buna göre sýfýr giriþinde DGM çýkýþý sýfýr ve 2n giriþinde ise edc=ed olur ve bu iki deðer arasýnda modülasyon oraný, Mo=td/Tc dk/2n ile orantýlý bir biçimde deðiþir. Bu denkleme göre sýfýr denetim kelimesine karþýlýk DGM çýkýþý da sýfýr olur. Diðer bir deyiþ ile DGM tayfýndaki doðru akým (dc) bileþenin genliði sýfýr denetim kelimesi giriþinde sýfýr olur. Seçilen bir ed deðerinde zaman alaný sinyalinin ortalama deðeri olan dc bileþeni denetim kelimesi, dk ile orantýlý deðiþmektedir. Kapalý döngü bir sistem içerisinde DGM tekniði uygulanmasý halinde ise denetim kelimesi hata sinyalinden ibaret olacaktýr. Bu durumda edc = K. e (11) olur. Burada K bir sabit ve e hata sinyalidir. Þekil 5'de DGM algoritmasý görülmektedir. DGM sinyali ile sürülen servovalften, bir anahtarlama elemanýnýn giriþine uygulanan darbe trenleri þeklinde iþaretin zaman ortalamasýna orantýlý bir çýkýþ sinyali elde edilir. Bu þekilde iyi bir doðrusal baðýntý elde edilebilmesi için DGM sinyali frekansýnýn seçiminde bazý ölçütlerin göz önünde bulundurulmasý gerekir. DGM frekansýnýn üst sýnýrýný anahtarlama elemanýn cevap hýzý ve alt sýnýrýný ise denetlenen sistemin cevap hýzý belirler. Aç-kapa biçiminde çalýþan solenoid valflerde DGM sinyali giriþine karþýlýk zaman ortalamasý doðrusal olan bir akýþkan (debi) çýkýþý elde edilebileceði gösterilmiþtir [4]. Burada DGM sinyali frekansýnýn üst sýnýrýný valfýn anahtarlama hýzý belirler. Buna karþýlýk kendisi oransal bir eleman olan servovalfýn anahtalama elemaný, doðru akým motorlarýnda olduðu gibi, sargý devresinin elektriksel zaman sabiti (Te=L/R) DGM frekansýný belirleyebilir. Bu zaman sabiti sistem içinde en küçük zaman geçikmesini teþkil eder. Buna göre, Þekil 6' da gösterildiði gibi bir darbe, td süresi içinde akým deðiþiminin maksimumu deðere ulaþabilmesi gerekir. Bu da valfýn doðrusal olarak çalýþabileceði modülasyon veya taþýyýcý frekans fc deðerini belirler. Bunu aþaðýdaki þekilde ifade etmek mümkündür. Tc ≤ t d ≤ 1 / fc − Tv veya Tc = 1 / fc ≥ 2Tv (12) ed i(t) Td Tc Þekil 6. Bir darbe süresinde akým deðiþimi Buna göre, Tc modülasyon sinyali periyodunun, Te valf anahtarlama zamanýnýn en az iki katý veya diðer bir deyiþle de modülasyon frekansýnýn, valf anahtarlama frekansýnýn en az yarýsý olmasý gerektiði ortaya çýkar. DGM da herhangi bir td darbe süresinin, Tc modülasyon periyoduna oraný; modülasyon oraný (Mo=td/Tc) olarak tanýmlanýr. Oransal bir elemanda, yukarýdaki koþullara baðlý kalmak kaydý ile çýkýþ sinyali modülasyon oraný ile orantýlý bir biçimde deðiþir. Modülasyon frekansýnýn alt sýnýrýnýn belirlenmesinde anahtarlama elemaný tarafýndan üretilen salýnýmlý çýkýþ iþaretinin denetlenen sistem tarafýndan filitre edip edilmediðine bakýlýr. Ikebe [2] tarafýndan yapýlan bir çalýþmada modülasyon frekansýnýn giriþ veya sistem frekansýna oraný 7 den büyük olmasý kaydý ile modülasyon sinyalinin düþük genlikli yüksek frekans bileþenlerinin denetlenen doðrusal sistem tarafýndan tamamen süzülebileceði gösterilmiþtir. Hafif salýnýmlý hareketlere müsade edilmek kaydý ile çeþitli çalýþmalarda bu oranýn 4-5 deðerlerine kadar indirilebileceði gösterilmiþtir. Böylece daha düþük modülasyon frekansý ile daha yavaþ anahtarlama valflerin oransal çalýþmasý saðlanmaya çalýþýlmýþtýr. 4. DENEY TESİSATI VE DENEY SONUÇLARI Bu çalışmada deney aracı olarak 20 lt/dak debili bir hidrolik güç birimi, storku 200 mm, silindir çapı 25 mm, piston çubuğu çapı 16 mm olan çift uyarılı-çift piston çubuklu (senkronize) bir hidrolik sislindir, REXROTH (4WS2EM10) marka mekanik geribeslemeli bir servovalf, mikrodenetleyici, akım sürücü, hidrolik sistemin konum geribeslemeli çalışmasında kullanılmak üzere optik dönel enkoder konum algılayıcısı kullanılmıştır. Ayrıca deneysel verilerin toplanmasında AdvanTech PCL-818H veri toplama kartı ve NOTEBOOK veri toplama yazılım programı kullanılmıştır. Deneyler statik ve dinamik test olmak üzere iki şekilde yapılmıştır. Statik testte, servovalf sargı uçlarına uygulanan çeşitli DGM frekanslarında, modülasyon oranlarına (doluluk-boşluk) karşılık gelen akım değerleri ölçülmüştür. DGM frekanslarının seçiminde servovalfin cevap hızı dikkate alınarak, bu değerin altında ve üstünde değerler seçilmiştir. Servovalfin üretici firması tarafında verilen indüktans ve direnç değerlerine göre elektriksel devrenin cevap hızı 3.125 ms (320 Hz) olarak bulunmuştur. Diğer taraftan, üretici firma tarafından yapılan testler sonucu valfin cevap hızı olarak 6.2 ms (162 Hz) olarak verilmiştir. Bu sebeple DGM frekansı 50, 162 ve 1 kHz olmak üzere üç adet frekans seçilmiştir. Bu frekans değerleri ile yapılan testlerden elde edilen DGM doluluk-boşluk oranları ile akım sonuçları Şekil 7'de verilmiştir. Şekil 7'de verilen statik karakteristik eğrilerden görüldüğü gibi DGM frekansı arttıkça doğrusallık bozulmaktadır. Burada doğrusallığın en fazla olduğu eğri akım [mA] 30 konum [cm] DGM=50 Hz X X DGM=162 Hz + + DGM=1 kHz 20 DGM=50 Hz 12 10 10 8 0 6 -10 4 -20 2 -30 -100 -50 0 50 100 doluluk-boşluk oranı 0 0 0.5 1 1.5 2 zaman [s] (a) Şekil 7. DGM frekansı-akım karakteristiği Şekil 8: Konum cevabı a) DGM=50 Hz 2.5 konum [cm] konum [cm] DGM=162 Hz 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 DGM=1 kHz 12 0 0.5 1 1.5 zaman [s] b) 2 2.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 zaman [s] c) Şekil 8. Konum cevabı b) DGM=162 Hz c) DGM=1 kHz 50Hz 'lik DGM frekansına karşılık gelmektedir. Bu frekans ise valfin akışkan cevap hızı frekansının yarısı civarındadır. Dinamik testte ise, bir basamak giriş uygulanmış ve silindirin konum cevabı elde edilmiştir. Bunun için, pistonun orta konumuna (100 mm) götüren arzu edilen giriş değeri, mikrodenetleyicinin panelinden heksadesimal kod olarak verilmiştir. Arzu edilen giriş değerinin heksadesimal kod karşılığını bulmak için şu işlem yapılır. Ýkili düzende 12 bitlik sayýsal deðer 212=4096 bulunur. Ýleri ve geri hareketi tanýmlamak için bu deðer ikiye bölünür ve 2048 bulunur. Bu 2048 bitlik sayý enkoderin bir devri olan 146 mm'ye karþýlýk gelmektedir. 100 mm'lik mesafe için bu deðer yaklaþýk 1378 bittir. Bu sayýya da 562 heksadesimal kod karþýlýk gelmektedir. Bu dðer mikrodenetleyici panelinden girilir ve çalýþ komutu ile sistem çalýþtýrýlýr. Statik testte kullanýlan DGM frekanslarý ile yapýlan dinamik test sonuçlarý Þekil 8'de verilmiþtir. Þekil 8'de verilen dinamik davranýþ eðrilerinden görüldüðü gibi, çok az da olsa cevap hýzýnda bir iyileþme gözlenmektedir. Herbir durumda sistem maksimum giriþ deðeri ile uyarýlmýþtýr. Kalýcý-durum hatasý ise tüm frekans deðerlerinde sýfýrdýr. Cevap eðrisinde görülen sapmalar ise konum algýlayýcýsýndan kaynaklanmaktadýr. Elle yapýlan konum ölçümlerinde (kumpas ile) herhangi bir kalýcý-durum hatasý tespit edilmemiþtir. 5. SONUÇ Bu çalýþmada servovalfli bir elektrohidrolik sistemin doðrudan sayýsal denetemi hedeflenmiþ ve gerçeklenmiþtir. Bunun için tasarlanan bir mikrodenetleyici ve enkoder tipi geribesleme elemaný vasýtasý ile A/D ve D/A çeviricilerine gerek kalmaksýzýn sistemin doðrudan kapalý-döngü sayýsal denetimi saðlanmýþtýr. Sayýsal DGM sinyali frekansýný uygun deðerlerde seçmek kaydý ile çýkýþ elemanýn salýnýmsýz ve oransal sürülmesi gerçeklenmiþtir. Sayýsal DGM tekniðinin sistemin doðrudan bilgisayarlý denetimine olanak kýlmasý yanýnda, servovalf plakasýný sürekli titreþimde (dither) tuturarak kirleticilere karþý týkanmasýný önlemek gibi avantajlar beklenmektir. Gerçektende uygulamalarda, servovalflerin analog sinyal ile sürülmesinde sürtünme kayýplarýný azaltmak ve valfýn yaðdaki kirleticiler karþýsýndaki hassasiyeti düþürmek amacý ile analog sinyale ilaveten düþük genlik yüksek frekanslý titreþtirme (dither) sinyali uygunlanmaktadýr. Diðer taraftan DGM tekniði yolu ile imalat toleranslarý fazla hassas olmayan herhangi bir anahtarlama valfý yolu ile de oransal baðýntý saðlanabileceði gösterilmiþtir. Bu da ileri bir konuda maliyeti düþük yapýsý daha basit elektrohidrolik valflarýn geliþtirilmesine öncülük edecektir. KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Y. İkebe and T. Nakada, "On a Piezoelectric Flapper Type Servovalve Operated by a Pulse-Width-Modulated Signal", Fourteenth Joint Automatic Control Conference of The American Automatic Control Council, June 20-22, 1973, pp.945-953. T. Muto, H. Yamada and Y. Suematsu, "Digital Control of Hydraulic Actuator System Operated by Differential Pulse With Modulation", JSME International Journal, Series III, Vol.33, No.4, 1990, pp. 641648. G. Wennmacher, "Elektrohydraulischer Positionerantrieb mit Schnellschaltventilen und Digitaler Regelung", o+p hydraulik und pneumatik, Nr.2, pp. 85-90, 1992. Ý. Yüksel, M. Þengirgin , H.Ý.Önbaþ, "Elektrohidrolik Valflerin DGM Tekniði Ýle Sürülmesinin Teorik ve Deneysel Araþtýrýlmasý", Otomatik Kontrol Bilimsel Toplantýsý, TOK'94, sayfa 325-338, Nisan 1994. S.A. Murtaugh, "An Introduction to the Time Modulated Acceleration Switching Electrohydraulic Servomechanism", Transaction of the ASME Journal of Basic Engineering, June 1959, pp. 263-271. S.C. Tsai, P.R.Ukrainetz, "Response Characteristics of a Pulse-Width-Modulated Electrohydraulic Servo", Transaction of the ASME Journal of Basic Engineering, June 1970, pp. 204-214. H.İ. Önbaş, "Hidrolik Sistemler İçin Sayısal Sinyal İşleme ve Sürücü Devre Tasarımı ve Analizi", Yüksek Lisans Tezi, U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa, 1993.