Gerçek zamanlı DC motor konum-hız ve konum-hız-tork kaskad PID denetleyici performanslarının karşılaştırılması

Abstract

Endüstriyel servo uygulamaları genellikle çok döngülü kontrol yapısına sahiptir. Konum, hız ve akım döngüleri iç içe olacak şekilde bir kontrol yapısı oluşturulur. Oluşturulan yapıda, sistemin tüm durumları gözlenebildiği için sisteme etki eden dinamik yükler altında sistem yanıtında değişiklik olmaz. Klasik kontrol sisteminin bir alternatifi olan kaskad kontrol yöntemi, özellikle öngörülmeyen bozucuların varlığında kontrol siteminin performansını artırmaktadır. Bu çalışmada, DC motorun önce konum-hız kontrolü, daha sonra konum, hız ve tork kontrolü kaskad PID denetleyicisi tasarlanarak, gerçek zamanlı olarak uygulanmıştır. Uygulanan bu kontrol yöntemi Matlab-Simulink tabanlı Waijung blok set ile STM32F4 uygulama geliştirme kiti kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Gerçek zamanlı uygulamada, farklı referans girişler için sistemden elde edilen sonuçlar grafiksel olarak sunulmuş ve kontrolcü performansı analiz edilmiştir. Sistem çıkışının tüm referans girişleri başarılı bir şekilde takip etmesi ile tasarlanan kontrolcünün performansı net bir şekilde ortaya çıkarılmıştır.

Industrial servo applications generally have a multi-loop control structure that has the position, velocity, and current loops. Since all states of the system can be observed in the cascade structure, there is no change in the system response under dynamic loads affecting the system. The cascade control method, which is an alternative to the classical control system, increases the performance of the control system especially in the presence of unpredictable disturbances. In this study, first the position-speed control of the DC motor, then the position, speed, and torque control of the DC motor are designed by using cascade PID controller and implemented in real-time. The designed controllers were implemented by using Matlab-Simulink based Waijung block set and STM32F4 development kit. In real time application, the results obtained from the system for different reference inputs are presented graphically and the controller performance has been analyzed. The performance of the designed controller is clearly shown by the system output following all reference inputs successfully.