Feedback Linearization Based Flow Rate Control for Centrifugal Pump in Coupled-Tank Water Meter Testing System

Bahadır YEŞİL; Savaş ŞAHİN

doi:https://doi.org/10.31590/ejosat.1128945

Makale detayları

Feedback Linearization Based Flow Rate Control for Centrifugal Pump in Coupled-Tank Water Meter Testing System

Yazarlar:

Bahadır YEŞİL | Savaş ŞAHİN

Yayıncı:

Osman SAĞDIÇ

Ana Başlıklar:

Uygulamalı fizik

Dergi:

European Journal of Science and Technology 2022 Vol. Issue 37, pp.28-35

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

7/2022

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2000915124

Sıklık:

Üç Aylık

eISSN:

2148-2683

DOI:

https://doi.org/10.31590/ejosat.1128945

Anahtar kelimeler:

Özet:

 

A permanent magnet direct current (PMDC) motor centrifugal pump is intended to be used as the water supply unit in a feedback linearization based coupled-tank water meter testing system. Flow rate generated by the pump corresponds to the input variable for implementing the input-output feedback linearization to this single-input-single-output (SISO) system. The pump motor is driven by an Arm Cortex M7 based microcontroller applying the pulse-width modulation (PWM) strategy at various frequencies and pwm methods. It is aimed to determine a suitable PWM frequency and driving method in order to provide a stable flow rate at the desired duty cycle values. An H-Bridge driver integrated circuit (L298N) is used in both fast decay and slow decay modes for driving the pump motor. Flow rate measurements are carried out at 4 range of frequencies between 100 Hz and 20 kHz for each mode. Fast decay mode in low pwm frequency (100Hz) results in higher deviations at the steady-state flow rate. However, slow decay mode provides a faster reduction in motor speed despite the slower current decay, which improves the flow rate stability and minimize deviations at constant pwm duty cycle values. High pwm switching frequencies increase the energy losses resulting in a lower driving voltage range, which reduces the effective range of selection for pwm duty cycle setting of flow rate adjustment. 1 kHz PWM frequency combined with the slow-decay driving mode achieves good performance in terms of linear regression and wider range for pwm duty cycle to flow rate transformation.

 

Daimi mıknatıslı doğru akım (PMDC) motorlu santrifüj pompası, geri besleme doğrusallaştırmalı birleştirilmiş tanklı su sayacı test sisteminde su besleme ünitesi olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Pompa tarafından üretilen akış hızı, bu tek girişli tek çıkışlı (SISO) sisteme giriş-çıkış geri besleme doğrusallaştırmasını uygulamak için gerekli giriş değişkenine karşılık gelmektedir. Pompa motoru, darbe genişlik modülasyonu (PWM) stratejisini çeşitli frekanslarda ve pwm yöntemlerinde uygulayan Arm Cortex M7 tabanlı bir mikro denetleyici tarafından yönetilmektedir. İstenilen görev döngüsü değerlerinde kararlı bir akış hızı sağlamak için en uygun pwm frekansı ve sürüş yönteminin belirlenmesi amaçlanmaktadır. Pompa motorunu sürmek için hem hızlı hem de yavaş düşme modlarında bir H-Bridge sürücü entegre devresi (L298N) kullanılmıştır. Debi ölçümleri, her mod için 100 Hz ile 20 kHz arasındaki 4 frekans değerinde gerçekleştirilmiştir. Düşük pwm frekansında (100 Hz) hızlı düşme modu, kararlı durumdaki su akış hızında daha fazla sapmalara neden olmaktadır. Yavaş düşme modunda ise, motor akımının daha yavaş azalmasına rağmen motor dönüş hızında frenleme etkisi ile daha hızlı bir azalma sağlamakta, bu da pompanın akış hızı stabilitesini iyileştirmekte ve arzu edilen pwm görev döngüsü değerlerinde sapmaları istenildiği şekilde en aza indirmektedir. Buna karşın, pwm anahtarlama frekansı arttırıldıkça, enerji kayıpları da arttığı için sürücünün kontrol edilebildiği gerilim aralığı azalmaktadır. Sonuç olarak 1 kHz Pwm frekansı, yavaş düşmeli sürüş moduyla birleştirildiğinde, doğrusal regresyon başarısı ve geniş kontrol edilebilme aralığı açısından en iyi performans elde edilmiştir.

Makale detayları

Feedback Linearization Based Flow Rate Control for Centrifugal Pump in Coupled-Tank Water Meter Testing System

Yazarlar:

Bahadır YEŞİL | Savaş ŞAHİN

Yayıncı:

Osman SAĞDIÇ

Ana Başlıklar:

Uygulamalı fizik

Dergi:

European Journal of Science and Technology 2022 Vol. Issue 37, pp.28-35

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

7/2022

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2000915124

Sıklık:

Üç Aylık

eISSN:

2148-2683

DOI:

https://doi.org/10.31590/ejosat.1128945

PMDC Santrifüj Pompa

Akış Düzenleme

Pwm Motor Kontrolü

Su Sayacı Test Sistemi

Sayı

Makale detayları

Feedback Linearization Based Flow Rate Control for Centrifugal Pump in Coupled-Tank Water Meter Testing System

Yazarlar: Bahadır YEŞİL | Savaş ŞAHİN

Yayıncı: Osman SAĞDIÇ

Ana Başlıklar: Uygulamalı fizik

Dergi: European Journal of Science and Technology 2022 Vol. Issue 37, pp.28-35

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 7/2022

Belge Dili: İngilizce

Document ID (Org No.): 2000915124

Sıklık: Üç Aylık

eISSN: 2148-2683

DOI: https://doi.org/10.31590/ejosat.1128945

PMDC Santrifüj Pompa

Akış Düzenleme

Pwm Motor Kontrolü

Su Sayacı Test Sistemi

Sayı

Yazarlar:

Bahadır YEŞİL | Savaş ŞAHİN

Yayıncı:

Osman SAĞDIÇ

Ana Başlıklar:

Uygulamalı fizik

Dergi:

European Journal of Science and Technology 2022 Vol. Issue 37, pp.28-35

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

7/2022

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2000915124

Sıklık:

Üç Aylık

eISSN:

2148-2683

DOI:

https://doi.org/10.31590/ejosat.1128945