BAÜN Akademisyenlerinden FPGA Tabanlı Dalga Üretim Sistemlerine Yönelik Yenilikçi Kontrol Çalışması

Balıkesir Üniversitesi bünyesinde gerçekleştirilen bilimsel bir çalışma, hidrolik tahrikli dalga üretim sistemlerinin hassas ve gerçek zamanlı kontrolüne yönelik yenilikçi bir yaklaşım ortaya koydu. Balıkesir Üniversitesi, Yenilenebilir Enerji Araştırma Geliştirme Uygulama ve Araştırma Merkezi araştırmacılarından  Prof. Dr. Ersin Akyüz, Prof. Dr. Sabri Bıçakçı, Dr. Öğr. Üyesi Tuğçe Tepebaşı ve Dr. Öğr. Üyesi Batın Demircan tarafından gerçekleştirilen çalışmada, laboratuvar ortamında düzenli su dalgalarının üretilmesi ve dalga yüksekliğinin istenilen referans değerlerde tutulabilmesi amacıyla FPGA (Field-Programmable Gate Array) tabanlı, iki katmanlı bir kaskad kontrol mimarisi geliştirilmiştir. Araştırma, geleneksel dalga üretim yöntemlerinde karşılaşılan hidrodinamik yükler, doğrusal olmayan sistem davranışları ve dalga yayılımından kaynaklanan gecikmelerin etkilerini azaltarak daha hassas ve güvenilir dalga üretimi gerçekleştirilmesine odaklanmaktadır.

Çalışma kapsamında, geleneksel yöntemlerden farklı olarak yalnızca hidrolik pistonun konumunu kontrol etmek yerine, dalga kanalında ölçülen gerçek dalga yüksekliğini doğrudan geri besleme olarak kullanan bütünleşik bir kontrol yaklaşımı geliştirilmiştir. Önerilen mimarinin iç kontrol katmanında, hidrolik servo silindirin konumu 1 milisaniyelik çevrim süresiyle Oransal-İntegral (PI) ve Takagi–Sugeno (T–S) bulanık mantık denetleyicileri kullanılarak kontrol edilirken, dış kontrol katmanında 20 milisaniyelik çevrim süresiyle ölçülen dalga yüksekliği değerlendirilerek pistonun konum referansı gerçek zamanlı olarak güncellenmiştir. Kontrol parametrelerinin belirlenmesinde üç farklı meta-sezgisel optimizasyon algoritmasından yararlanılmış ve böylece sistemin izleme performansının iyileştirilmesi hedeflenmiştir.

Araştırmanın ayırt edici yönlerinden biri, geliştirilen bulanık mantık tabanlı kontrol algoritmasının FPGA donanım kaynakları açısından optimize edilmesidir. Bu kapsamda, benzerlik temelli kural sadeleştirme yaklaşımıyla Takagi–Sugeno denetleyicisinin sonuç parametreleri 27'den 9'a düşürülmüş; FPGA üzerinde yürütme süresinde %66,7, dijital sinyal işleme (DSP) kaynak kullanımında ise %62,5 oranında azalma sağlanmıştır. Söz konusu iyileştirmeler gerçekleştirilirken konum izleme hatasındaki değişimin yalnızca %2,2–2,3 düzeyinde kalması, önerilen yaklaşımın kontrol başarımını büyük ölçüde koruyarak hesaplama verimliliğini artırabildiğini ortaya koymuştur. Deneysel sonuçlar, geliştirilen sistemin yüksek hassasiyetli piston konum takibi ve kararlı durum dalga yüksekliği kontrolü sağlayabildiğini göstermiş; elde edilen bulgular hızlı Fourier dönüşümü (FFT) analizleriyle de doğrulanmıştır.

Elde edilen bulgular doğrultusunda çalışma, hidrolik tahrikli dalga üretim sistemlerinde gerçek zamanlı geri besleme ve FPGA tabanlı kontrol teknolojilerinin birlikte kullanılmasının sağladığı avantajları deneysel olarak ortaya koymaktadır. Geliştirilen yaklaşım, özellikle kıyı ve deniz mühendisliği araştırmalarında kullanılan deneysel dalga kanallarında daha hassas, tekrarlanabilir ve güvenilir dalga koşullarının oluşturulmasına katkı sağlayabilecek niteliktedir. Bununla birlikte çalışma, yüksek hızlı gömülü kontrol sistemleri, bulanık mantık tabanlı denetleyici tasarımı ve donanım kaynaklarının verimli kullanılması açısından farklı mekatronik ve endüstriyel otomasyon uygulamalarına da yöntemsel bir referans sunmaktadır.