Yrd. Doç. Dr. Kemal MAZANOĞLU Arş.Grv. Habibe GÜRSOY Mekatronİğe Gİrİş

Derste Neler Anlatılacak? Mekatronik nedir? Sensörler ve Transdüserler Pnömatik ve Hidrolik Aktüasyon Sistemleri Mekaniksel ve Elektriksel Aktüasyon Sistemleri Kontrolörler/Mikro işlemciler Veri Gösterme Sistemleri Sinyal İyileştirme Sistem Modelleri

Mekatronik Nedir?

MEKANİK + ELEKTRONİK = MEKATRONİK Mekatronik mühendisliği; makina mühendisliği, elektronik mühendisliği ve bilgisayar teknolojisinin eşamaçlı birleşiminden oluşan bir mühendislik felsefesidir. Bir kontrol aracı kullanan birbirine entegre mekanik elektrik ve elektronik elemanlardan oluşan bir ürünün yada sistemin tasarımı ve kullanımı ile ilgilenir. MEKANİK + ELEKTRONİK = MEKATRONİK

Mekatronik mühendisliğini simgeleyen başlıca özellikler Diğer mühendislik dallarının ortak öğelerini taşımaktadır. Ürüne yönelik bir yaklaşımdır. Çok disiplinli ve disiplinlerarası bir yaklaşımdır. Yaygın, giderek artan ve kuvvetlenen endüstriyel uygulamalar içermektedir. Mekatronik ürünlerde ticari nitelikler öne çıkmaktadır.

Mekatroniğin Tarihçesi İlk olarak 1960 lı yılların sonunda Japonya’da Yaskawa elektrik firmasında elektrik motorlarının elektronik kontrol uygulamaları ile kullanımına başlanmıştır. 1970 li yıllarda otomatik fokuslu kameralarda otomatik kapı açıcılarında ve kaynak makinalarında kullanılmaya başlanmıştır. 1980 li yıllarda mekanik sistem tasarımına mikrodenetleyiciler eklenmiş, böylece endüstriyel robotların gelişiminde büyük bir adım atılmış olmuştur. 1990 lı yıllardan itibaren çok önemli gelişim içinde bulunan komünikasyon ve bilgisayar sistemleri sayesinde ise tasarlanan sistemler hem küçüldüler hemde network ağları ile birbirlerine bağlandılar.

Mekatronik temel anlamda insan yaşamını ve üretim tekniklerini kolaylaştıran, algılama elemanlarıyla aldığı veriyi değerlendirerek karar veren sistemler ve cihazlardan oluşmaktadır. Mekatronik ürünlere verilebilecek örnekler nelerdir? Çamaşır makineleri Mikrodalga fırın Mutfak Robotları Arabalarda kullanılan ABS ve hava yastığı Her türlü sanayi robotu Kan ölçüm cihazı Cep telefonu Dijital fotoğraf makinası CNC tezgahları Savunma sanayide kullanılan cihazlar Akülü özürlü arabası …

Sıklıkla kullanılan bazı mekatronik eşyalar

Mekatroniğin İlgi Alanları Modelleme ve dizayn Sistem entegrasyonu Tahrik elemanları ve sensörler Akıllı kontrol Robotik Üretim Hareket kontrol Titreşim ve gürültü kontrol Mikro cihaz ve optik-elektronik sistemler Otomotiv sistemleri ve diğer uygulamalar

Mekatroniğin Bazı Uygulama Alanları Robot Endüstrisi Havacılık Otomotiv Makina İmalat Savunma Sanayi Tıp

Titreşim kontrolüne bir örnek

Bir mekatronik cihazı çevreyi algılar, aldığı bilgiye göre uygun kararları verir ve verdiği kararı gerçekleştirir. Algılama (Algılayıcı, algıç) Sensörlerle Karar verme (İşlemci, denetleyici) Kontrolörlerle Gerçekleştirme (Uygulayıcı) Aktuatörlerle yapılır.

Mekatronik sistem tasarım kademeleri Mekanik sistem tasarlanır. Mekanik sisteme monte edilecek sensör ve aktuatörler seçilir. Sinyal işleme ve güç elektroniği prosesleri tasarlanır. Elektrik, elektronik, mikroişlemci, mikrokontrolör veya mikrobilgisayar esaslı donanımları kullanarak kontrol algoritması tasarlanır ve kurulur.

Sistemler giriş çıkış Motor Elektrik Gücü Dönme Sistemlerde önemli olan giriş ve çıkış arasındaki ilişkidir. Bu ilişki matematiksel olarak transfer fonksiyonu ile gösterilir. H(s)=Xç(s) / Xg(s) ( (s) Fonksiyonun frekansa bağlı Laplas bölgesinde ifade edildiğini gösterir. Bu konu Sistem modelleme dersinde detaylandırılacaktır.) Sistemlerdeki her giriş-çıkış ilişkisi şematik olarak farklı bir blok ilegösterilerek birbirine bağlanır. Bu gösterime blok diyagramı denir.

Blok diyagramları Mekatronik sistemler blok diyagramları ile basitleştirilerek gösterilebilir. Blok diyagramları sistemin matematik olarak modellenmesine ve sistem davranışının bilgisayarda simulasyonuna yardımcı olur. (Matlab-Simulink) Mekatronik sistemler açık veya kapalı devre olabilmekle birlikte modern sistem tasarımları mümkün olduğu kadar az insan kullanımına yönelik olduğu için kapalı devredir. Kapalı devre sistemler geri beslemeli sistemlerdir. (kontrol sistemleri)

Skala üzerindeki değer giriş çıkış Termometre Sıcaklık Skala üzerindeki değer Ölçme Sistemi Örneği giriş çıkış Merkezi Isıtma Sistemi Ayar değerinde sıcaklık Gerekli Sıcaklık Termometre Kontrol Sistemi Örneği

Açık ve Kapalı Sistemler Açık çevrim sistemlerde geri besleme yokken, kapalı çevrim sistemlerde geri besleme devresi mevcuttur. Açık Çevrim kontrol sisteminde sistem çıkışı, giriş sinyali üzerine bir etki yapmaz. Kapalı çevrim kontrol sisteminde çıkış, giriş sinyali üzerinde onu istenilen değerde bir çıkış sinyali sürdürmek için değiştirici bir etki yapar.

Açık devre sistem blok diyagramı Girdi Çıktı Kontrolör (işlemci) D/A dönüştürücü Aktuatör (Uygulayıcı) Sistem Kapalı devre sistem blok diyagramı

Ölçme Sistemleri sensör Ölçme sistemi ve yapıtaşları Ölçülecek büyüklük Büyüklüğün Değeri Sinyal iyileştirici sensör Gösterge Ölçme sistemi ve yapıtaşları Ölçme sistemi, üç elemandan meydana gelir. Sensör Sinyal iyileştirici Görüntü sistemi

Kontrol Sistemleri Gerekli sıcaklık Vücut Sıcaklığı Vücut Sıcaklığı Kontrol Sistemi Gerçek Sıcaklığa ait verinin geri beslemesi İnsan vücut sağlığı için geri besleme kontrolü

Kapalı Çevrim Sisteminin Temel Elemanları Karşılaştırma Elemanı Kontrol Ünitesi Düzeltme Ünitesi Uygulayıcı Kontrollü değişken Referans değer Hata Sinyali Ölçülen değer Ölçme cihazı

Karşılaştırma Elemanı: Bu eleman, istenen veya kontrol edilen değişken şartın referans değeri ile ulaşılması istenen ölçülen değeri karşılaştırıp buna göre bir hata sinyali üretir. Kontrol Elemanı: Bu eleman bir hata sinyali aldığında hangi hareketi yapacağına karar verir. Düzeltme Elemanı: Düzeltme elemanı kontrol edilen şartı değiştirmek veya düzeltmek için proseste bir değişiklik üretir. Proses Elemanı: Proses kontrol edilen sistem veya elemandır. Ölçme Elemanı: Ölçme elemanı kontrol edilebilen prosesin değişken şartıyla ilgili olan bir sinyal üretir.

Oda sıcaklığı kontrol devresi Karşılaştırma Elemanı Anahtar Elektrik sobası Sabit Sıcaklık Gerekli Sıcaklık Sapma Sinyali Elektrik Gücü Sıcaklık sinyalinin geribeslemesi Ölçme cihazı Kontrollü Değişken: oda sıcaklığı Referans Değer: İstenilen oda sıcaklığı Karşılaştırma Elemanı: İstenen sıcaklık değeriyle ölçülen değeri karşılaştıran kişi Hata Sinyali: Ölçülen ve istenen sıcaklık arasındaki fark Kontrol Ünitesi: kişi Düzeltme Ünitesi: soba üzerindeki anahtar Proses: soba ile ısınma Ölçme Aleti: termometre

Ardışıl Kontrolörler Prosesleri kontrol etmek ve ardışıl işlemlere bir düzen vermek için özel önayar zamanları veya değerlerinde devreye alınan veya devreden çıkarılan kontrolörler kullanılır. ardışıl kontrol ; hareketlerin bir zaman süresince tam anlamıyla sıraya konduğu veya sıralı olanın olduğu kontrol olarak tanımlanır.

Çamaşır Makinesi Sistemi saat program Su seviyesi Kontrol ünitesi pompa Çamaşır makinesi tamburu Su sıcaklığı valf Tambur hızı ısıtıcı Kapalı Kapı motor Su seviyesi, su sıcaklığı, tambur hızı ve kapalı kapıdan gelen çıkışlardan geribesleme

Önümüzdeki hafta; SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER