Yapay zekadan makale özeti
- Kısa
- Ayrıntılı
- Bu video, bir eğitmen tarafından sunulan kimya mühendisliği öğrencilerine yönelik kontrol sistemleri konulu bir eğitim dersidir.
- Video, linear kapalı döngülü sistemler, servo ve regülatör problemleri, blok diyagramları ve transfer fonksiyonları gibi kontrol sistemlerinin temel kavramlarını ele almaktadır. Eğitmen, karıştırmalı ısıtıcılı tank modeli ve reaktör örneği üzerinden teorik bilgileri pratik uygulamalarla destekleyerek, Laplace dönüşümü kullanarak transfer fonksiyonlarının nasıl hesaplanacağını göstermektedir.
- Videoda ayrıca ölçüm elemanları, özellikle termokaplıların transfer fonksiyonları ve ölçüm hataları detaylı olarak açıklanmaktadır. Eğitmen, adım değişimi (step change) uygulamaları ile farklı değişim senaryolarının analiz edilmesi, enerji denklemlerinin kurulması ve sistem davranışının hesaplanması gibi konuları adım adım anlatmaktadır.
- 00:13Kontrol Sistemlerinin Genel Tanıtımı
- Bu bölümde linear kapalı döngülü sistemler (linear close loop systems) incelenecektir.
- Önceki bölümlerde basit kontrol sistemlerin dinamik davranışları incelenmiş, şimdi kontrol sisteminin tamamı ve geri besleme konsepti ele alınacaktır.
- Karıştırmalı ısıtıcılı tank modeli, kontrol sistemlerini daha kolay anlamak için örnek olarak kullanılacaktır.
- 01:20Karıştırmalı Isıtıcılı Tank Modeli
- Tank modelinde bir akışkan giriyor, karışıyor ve çıkış yapıyor; istenen sıcaklıkta tutabilmek için ısı verilir.
- Sistemde sıvı akış, sıcaklık ve kütlesine göre giriş ve çıkış yapılır.
- Tankın ölçülen sıcaklığı (Tm) ile istenilen sıcaklık (Tr) arasındaki fark (hata) controller tarafından hesaplanır.
- 03:32Kontrol Sisteminin Bileşenleri
- Kontrol sisteminin dört ana bileşeni vardır: proses, ölçüm elemanı, controller ve final control element.
- Proses, kontrol edilecek sistemdir (örneğin karıştırmalı ısıtıcılı tank).
- Ölçüm elemanı (termokap veya termometre) sıcaklık ölçümünü yapar.
- Controller, matematiksel işlem yapabilen bir cihazdır (PLC gibi).
- Final control element, controller'ın sinyalini alıp sistemde değişiklik yapan elemandır (elektrikli ısıtıcı, vana, pompa gibi).
- 06:05Blok Diyagram ve Geri Besleme
- Kontrol sistemleri blok diyagram şeklinde gösterilir, bu gösterim sinyaller arasındaki ilişkileri daha iyi gösterir.
- Blok diyagramda set point (istenilen değer), comparator (karşılaştırıcı), controller ve final control element bulunur.
- Negatif feedback'te controller aldığı hatayı minimize etmeye çalışır, pozitif feedback ise sistemi kararsız yapar.
- 10:22Servo ve Regülatör Problemleri
- Kontrol problemlerinde iki tip problem vardır: servo problem ve regülatör problem.
- Servo probleminde load sabit kalırken set point değişir.
- Örneğin nükleer reaktörde istenen sıcaklık belli aralıklarla değiştirilebilir.
- 11:31Servo ve Regülatör Problemleri
- Kimya mühendisliğinde set point sabit tutulurken, load (yük) değişen regülatör problemleri sık karşılaşırlar.
- Regülatör problemlerinde, set point sabit kalırken giren akışkanın debisi veya sıcaklığı gibi yük değişkenlerinde değişim olur.
- Servo problemlerinde ise set point değişirken, regülatör problemlerinde set point sabit kalır ve yük değişir.
- 13:06Transfer Fonksiyonları ve Blok Diyagramları
- Blok diyagramındaki her bir terimde giriş ve çıkış arasında bir transfer fonksiyonu bulunur.
- Transfer fonksiyonu, giren ve çıkan değerler arasındaki matematiksel ilişkiyi ifade eder.
- Kontrol sistemlerinin blok diyagram gösterimlerinde seçilen değişkenler sapma değişkenleri şeklindedir.
- 14:51Sapma Formunda İşlemler
- Kontrol sistemlerinde ölçülen değer ile set edilen değer arasındaki sapma (hata) sapma formunda işlem yapılır.
- Gerçek değer, yatkın koşul değerine sapma değerinin eklenmesiyle bulunur.
- Ölçüm elemanındaki sapma, gerçek ölçüm elemanının sıcaklığı ile yatkın koşulda ölçtüğü sıcaklık arasındaki farktır.
- 16:48Prosesin Transfer Fonksiyonu
- Prosesin girişinde q enerji ve load (w, t) kütlesel akış ve sıcaklık bulunur.
- Sapma formunda işlem yapmak için referans sıcaklık belirlenir.
- Yatkın olmayan ve yatkın koşullar için enerji denklikleri kurularak sapma değerleri bulunur.
- 22:59Laplace Dönüşümü ve Sapma Formu
- Laplace dönüşümü uygulanarak denklemdeki türevler ve değişkenlerin Laplace dönüşümleri hesaplanıyor.
- Sapma formunda işlem yapmak için Qs büyük harfle gösteriliyor ve sistemdeki değişkenler sapma formuna dönüştürülüyor.
- Türevin Laplace dönüşümü için giriş koşulları gerekiyor ve denklem her tarafı Wc ile bölünerek düzenleniyor.
- 25:14Transfer Fonksiyonunun Bulunması
- Sapma formunda işlem yapıldıktan sonra, sistem yatışkın koşula eklenerek son değeri bulunabilir.
- ρVW ifadesi alıkonma zamanı (τ) olarak tanımlanıyor ve birimi dakika olarak belirtiliyor.
- Sistemden elde edilen transfer fonksiyonu T(s) = (1+τs)/(1+τs) şeklinde bulunuyor.
- 27:23Blok Diyagramı Oluşturma
- Bulunan denklem, blok diyagramda final control elemanı ve yük değerlerini temsil ediyor.
- Sistemde yük sıfırken, sistem köy ile nasıl ilişkili olduğunu gösteren T(s) = 1/(1+τs) denklemi bulunuyor.
- İki değişkenin aynı anda etkisi varsa, daha karmaşık bir denklem kullanmak gerekiyor.
- 29:25Blok Diyagram Örneği
- Çıkış sıcaklık T, Q ve Tg girişlerinin birleşiminden oluşuyor ve blok diyagramda gösterilebilir.
- Farklı blok diyagram gösterimleri yapılabilir, ancak hesaplamalar ve sonuçlar değişmez.
- Blok diyagramında önce toplama işlemi yapılıp sonra çarpma işlemi uygulanıyor.
- 32:16Örnek Soru
- Bir reaktör sisteminde giriş debi 200 L/dakika, giriş sıcaklığı 60°C, çıkış sıcaklığı 80°C ve hacmi 1000 L olarak veriliyor.
- Soruda üç farklı senaryo inceleniyor: sadece giriş sıcaklığında, sadece ısıda veya her ikisinde de değişim olduğunda çıkış sıcaklığının nasıl değişeceği.
- Alıkonma zamanı τ hesaplanarak sistemin davranışının analiz edileceği belirtiliyor.
- 34:26Sistem Denklemlerinin Çözümü
- Sistem denkleminde kütlesel akış hızı (W) 200 kg/dakika olarak hesaplanmıştır.
- Isı kapasitesi (c) 4,84 kJ/kg°C olarak alınmıştır.
- Birimlerin uyumlu olması için dakika birimi saniyeye çevrilerek kilowatt (kW) cinsinden sonuç elde edilmiştir.
- 37:37Laplace Dönüşümü ve Sapma Hesaplama
- Sistem denklemine step change uygulandığında, giriş sıcaklığının 60°C'den 70°C'ye 10°C'lük bir değişim olduğu hesaplanmıştır.
- Fraksiyonlar çarpanlarına ayrılarak ve ters Laplace dönüşümü uygulanarak sapma değeri T(t) = 80 + 10(1 - e^(-t/5)) olarak bulunmuştur.
- Bu denklemle herhangi bir zamandaki sistem sıcaklığını hesaplayabiliriz.
- 42:37Farklı Değişimler İçin Hesaplama
- Kırkiki wattlık bir değişim uygulandığında, sapma değeri 3(1 - e^(-t/5)) olarak hesaplanmıştır.
- İki değişim aynı anda uygulandığında, sapmalar toplanarak T(t) = 80 + 13(1 - e^(-t/5)) denklemi elde edilmiştir.
- Kontrol sistemi matematik tabanlı bir ders olarak tanımlanmıştır.
- 46:39Kontrol Sistemi Yapısı
- Kontrol sisteminde set point, controller, final control elemanı ve süreç bulunmaktadır.
- Ölçüm elemanının transfer fonksiyonu sistemin bir parçasıdır.
- 47:26Ölçüm Elemanı ve Transfer Fonksiyonu
- Ölçüm elemanı genellikle termokaplıdır ve sıcaklık ölçmek için kullanılır.
- Ölçüm elemanı gerçek sıcaklığı ölçtüğünde, kendi direnci nedeniyle farklı bir değer olarak controller'a iletmektedir.
- Ölçüm elemanı ile controller arasındaki ilişki, Tm/(Tm+1) şeklinde bir transfer fonksiyonu ile ifade edilir ve bu ilişki sanayide hesaplamalar için kabul edilir.
- 49:52Termokaplı Örnek Sorusu
- Bir termokaplı, birim step-change durumunda çıkış sıcaklığını ölçerken, kendi ulaşabileceği son değerin %90'ına 45 saniyede ulaşmaktadır.
- Termokaplı zaman sabiti (Tm) hesaplanırken, e^-t/Tm formülü kullanılarak Tm = 10,95 saniye (0,13 dakika) olarak bulunmuştur.
- Ölçüm elemanı ile controller arasındaki ilişki, Tm/(Tm+1) = 0,13/(0,13+1) şeklinde transfer fonksiyonu ile ifade edilir ve bu hata nedeniyle daha hassas termokaplar kullanılmalıdır.