FPGA Tabanlı Enkoder Destekli Yüksek Hassasiyetli Motor Kontrolör Tasarımı
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Melisa Aydoğan
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Fırat Kaçar
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Hassas motor kontrolü özellikle pan-tilt gibi sistemlerin yüksek açısal doğrulukta rotasyonu uygulamalarında oldukça kritiktir. Kamera ve pan-tiltin bir arada kullanıldığı sistemlerde, kameranın yüksek zoom değerleri ile çalışma durumunda motorların yüksek hassasiyetle kontrol edilmemesi, izlenmek istenen yerden metrelerce sapmaya neden olabilir. Bu gereksinimler hem kontrol algoritmasının yüksek başarımlı hem de kontrolcünün yüksek frekansta ve paralel veri işleyebilme yeteneğinin olması gerekliliğini doğurmaktadır. Fırçasız DA motoru hassas kontrol edilebilmeleri, yüksek verimli olmaları, hızlı yanıt vermeleri, uzun çalışma ömürleri, bakım gerektirmemeleri, yüksek hız aralıklarında çalışmaları ve sessiz çalışmaları gibi sağladığı avantajlar sebebi ile savunma, medikal, robotik gibi pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir fırçasız DA motorunun bir başka avantajı da aynı güç çıkışına sahip bir fırçalı doğru akım motorundan daha küçük ve daha hafif yapılabilmesi, bu nedenle alan ve ağırlık açısından daha kullanışlı olmasıdır. Dezavantajı ise kontrolünün daha karmaşık olmasıdır. Ayrıca motor pozisyonu için bir kontrol mekanizmasına ihtiyaç duyulmaktadır, bu kontrol mekanizması sensörlü veya sensörsüz olabilir. Sensörlü kontrolde enkoderler, hall sensörler ya da açı algılayıcılar kullanılabilmektedir. Bu tasarımda mutlak enkoder kullanılmış ve elde edilen pozisyon değeri bir PID kontrolörün girişine verilmiştir. PID kontrolör FPGA üzerinde tasarlanmış olup programlama için VHDL donanım tanımlama dili kullanılmaktadır. Motorun, tasarlanan ara yüz üzerinden alınan hedef pozisyona ulaşması için FPGA ile PWM sinyalleri üretilmektedir. Üretilen bu sinyaller motor sürücü kartına bağlanarak MOSFETler üzerinden anahtarlama yapılması ile sargılara sırayla akım verilerek motorun dönmesi sağlanmaktadır. Tez çalışması kapsamında fırçasız DA motoru ile ilgili kavramlar ele alınmış motorun yapısı, çalışma prensibi incelenmiştir. Tasarım FPGA tabanlı bir sistem üzerinde gerçeklenmiştir. Programlanabilir mantık cihazı üzerinde geliştirme aşamaları, tasarım yöntemleri ve FPGA ile ilgili araştırmalara yer verilmiştir. Kontrol algoritmaları incelenmiş ve FPGA/MCU tabanlı PID kontrol algoritmasının başarımları kıyaslanmıştır. FPGA ve MCU tabanlı kontrol çözümü ile hata minimize edilerek motorun hedef pozisyona ulaşması hedeflenmiştir. Bu amaç ve ihtiyaçlar doğrultusunda gerekli tasarımlar yapılarak, elde edilen sonuçlar aktarılmıştır.