Manyetik Levitasyon Sistemleri için Doğrusal Olmayan Kontrol Yöntemlerinin Geliştirilmesi

Abstract

Manyetik Levitasyon işlemi, en temel haliyle bir manyetik kuvvet dışında herhangi bir fiziksel büyüklüğün yardımı olmadan manyetik olarak hareketi mümkün olan bir cismin kaldırılması, döndürülmesi veya ilerletilmesini sağlayan bir işlemdir. Endüstrideki en büyük problemlerden birinin sürtünme problemi olduğu varsayıma dayanarak, manyetik levitasyonda fiziksel bir temasın olmamasına bağlı olarak sürtünme probleminin de önüne geçilmiş olması bu işlemi ekonomik yönden oldukça cazip kılmaktadır. Sürtünme probleminin önüne geçmek malzeme aşınması ve ısınmaya bağlı olarak ortaya çıkan deformasyonları ortadan kaldırmakla kalmayıp aynı zamanda daha hızlı ve sorunsuz çalışma kondisyonları da sağlamaktadır. Manyetik olarak manüple edilebilen bir cismin havada asılı kalması, havada belirli bir hızla dönmesi ve yine havada belirli bir hızla ilerlemesi beraberinde bir kontrol sistemi ihtiyacı doğurmaktadır. Bu çalışmada manyetik levitasyon sistemlerinden biri olan CE 152 sistemi üzerine uygulanmış olan, PID kontrol ve İkinci Dereceden Kayan Kipli Kontrol metotları ile kontrolcüye cevap verme süresi ve kontrol işlemi sürecindeki kararlılıkları karşılaştırılarak kontrolcü talebine uygun bir cevap önerilmektedir

Keywords

• manyetik
• levitasyon
• kontrol

Development of Nonlinear Control Methods for Magnetic Levitation Systems

Abstract

Magnetic levitation process can be defined basically as; lifting, rotating or shifting of an object that can move magnetically without help of any physical magnitude other than a magnetic force. Based on the assumption that one of the biggest problems in the industry is the friction problem, the fact that the friction problem is avoided due to the absence of physical contact in magnetic levitation makes this process quite economically preferable. Preventing the friction problem not only eliminates the deformations due to material wear and heating, but also provides faster and smooth conditions. Suspension, rotation at a certain speed, motion at a certain speed of an object that can be manipulated magnetically creates the need for a control system. In this thesis the response time of the two control methods and their stability during the control process is compared by applying them on CE 152 system, which is one of the magnetic systems, and an appropriate solution is given to the controller demand is proposed. The control systems used in this study are; PID control and second order sliding mode control. In this thesis an appropriate response to the controller demand is proposed, by comparing the response time to their controller and their stability in the control process with PID Control and Second Order Sliding Mode Control methods on CE152 system, which is one of the magnetic levitation systems.

Keywords

• Magnetic
• Levitation
• Control

References

1. Anonim, 2020, Phyton ile PID Kontrol Örneği, https://ahmetatasoglu98.medium.com/python-ile-pid-kontrol-örneği-18d0b4cee2b2 (Erişim Tarihi: 01.10.2022).
2. Anonim, 2021, World's first 600 km/h high-speed maglev train rolls off assembly line, web sitesi: http://www.xinhuanet.com/english/2021-07/20/c_1310072057.htm (Erişim Tarihi: 01.05.2022).
3. Brock K, Gottzein E, Mannlein, E, Pfefferl J, 1975. Control aspects of a Tracked Magnetic Levitation High Speed Test Vehicle. IFAC Proceedings Volumes, 8(1), 743-759.
4. Cole M, Fakkaew W, 2018. An Active Magnetic Bearing for Thin-Walled Rotors: Vibrational Dynamics and Stabilizing Control, IEEE/ ASME Transactions and Mechatronics, 23(6), 2859-2869.
5. Damodar N, Dawn P, 2008. Basic Econometrics. McGraw-Hill Education, 944, United States of America.
6. Decarlo R, Żak S, 2008. A quick introduction to sliding mode control and its applications, Universita’ Degli Studi di Cagliari, Dipartmento di Ingegneria Electricia ed Electronica, 22, Cagliari.
7. Domke H, Kapoor M, 1974. Untersuchungen zur Temperatursteuerung des Schwebeschmelzverfahrens mit Hilfe kombinierter Magnetfelder. International Journal of Materials Research, 65(11), 691-696.
8. Eker, İ. 2010. Second-Order Sliding Mode Control with Experimental Application. ISA Transactions, 49(3), 394-405.

9. El Najjar S, 2013. Ripple Free Deadbeat Control for Nonlinear Systems with Time-Delays and Disturbances. Master’s Thesis, The Islamic University of Gaza, Deanery of Higher Studes, Faculty of Enginnering, Electrical Engineering Department, 86, Gazza (Printed).
10. Eroğlu Y, 2016. Manyetik Levitasyon Sisteminin Kayan Kip ve PID Temelli Referans Takip Kontrolü ve Donanım İçeren Benzetim Temelleri. Yüksek Lisans Tezi, Abdullah Gül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı,88, Kayseri (Basılmış).
11. Honc D, 2019. Modelling and identification of magnetic levitation model CE 152/Revised. R. Silhavy (Ed.), Cybernetics and Algorithms in Intelligent Systems 765, 35-43.
12. Utkin V, Lee H, 2010. Chattering Problem in Sliding Mode Control Systems. IFAC Proceedings Volumes, 49(3), 1.
13. Teng Y, Li H., ve Wu F, 2020. Design of distributed fractional order PID type dynamic matrix controller for large-scale process systems, IEEE Access, 8, 179754–179771, 2020.
14. Weh H, Shalaby M, 1977. Magnetic levitation with controlled permanentic excitation. IEEE Transactions on Magnetics, 13(5), 1409-1411.