Modern Kontrol Mühendisliği

Modern Kontrol Mühendisliği

Bu kitap, kontrol sistemlerinin analizi ve tasarımı konusunda önemli kavramları ta-
nıtmaktadır. Okuyucular, üniversitelerde ve yüksekokullarda kontrol sistemi dersle-
ri için açık ve anlaşılabilir bir ders kitabı olduğunu göreceklerdir. Üst düzey elektrik,

mekanik, havacılık veya kimya mühendisliği öğrencileri için yazılmıştır. Okuyucunun

aşağıdaki önkoşulları yerine getirmesi beklenir: Diferansiyel denklemler, Laplace dö-
nüşümleri, vektör matris analizi, devre analizi, mekanik ve termodinamik ile ilgili giriş

dersleri.
Bu basımda yapılan temel değişiklikler aşağıdaki gibidir:

• Çeşitli girişlere kontrol sistemlerinin cevaplarını elde etmek için MATLAB kulla-
nımı artırılmıştır.

• MATLAB ile hesaplamalı optimizasyon yaklaşımının faydası gösterilmiştir.
• Kitap boyunca yeni örnek problemler eklenmiştir.
• Daha önemli konulara yer açmak için ikincil öneme sahip olan bir önceki baskıdaki
materyaller silinmiştir. İşaret akış grafikleri kitaptan çıkarıldı. Laplace dönüşümü
ile ilgili bir bölüm silindi. Bunun yerine, Laplace dönüşüm tabloları ve MATLAB
ile kısmi kesir açılımı, sırasıyla Ek A ve Ek B’de sunulmaktadır.

• Vektör-matris analizinin kısa bir özeti Ek C’de sunulmuştur. Bu, okuyucunun kont-
rol sistemlerinin analiz ve tasarımında yer alabilecek n x n matrislerin tersini bulma-
sına yardımcı olacaktır.

Modern Kontrol Mühendisliği’nin bu baskısı on bölüm halinde düzenlenmiştir. Bu

kitabın ana taslağı aşağıdaki gibidir: Bölüm 1, kontrol sistemlerine bir giriş niteliğinde-
dir. Bölüm 2, kontrol sistemlerinin matematiksel modellenmesi ile ilgilidir. Doğrusal

olmayan matematiksel modeller için doğrusallaştırma tekniği bu bölümde sunulmuş-
Ö

xii Önsöz

tur. Bölüm 3, mekanik sistemlerin ve elektrik sistemlerinin matematiksel modellerini

içermektedir. Bölüm 4, akışkan sistemlerinin (sıvı seviyesi sistemleri, pnömatik sistem-
ler ve hidrolik sistemler gibi) ve ısıl (termal) sistemlerin matematiksel modellemesini

tartışmaktadır.
Bölüm 5, kontrol sistemlerinin geçici cevabı ve kararlı hal analizlerini ele alır.
MATLAB, geçici cevap eğrilerinin elde edilmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kontrol sistemlerinin kararlılık analizi için Routh’un kararlılık kriteri sunulur. Hurwitz
kararlılık kriteri de sunulmaktadır.
Bölüm 6, pozitif geri beslemeli sistemleri ve şartlı kararlı sistemler de dâhil olmak
üzere kontrol sistemlerinin tasarım ve kök-yer analizini ele alır. MATLAB ile kök yer
eğrilerini çizme ayrıntılı olarak tartışır. Faz ilerlemeli, gecikmeli ve gecikmeli-ilerlemeli
kompenzatörlerin kök yer eğrisi yöntemi ile tasarımını içerir.
Bölüm 7, frekans cevabı analizi ve kontrol sistemlerinin tasarımını ele alır. Nyquist
kararlılık kriteri kolayca anlaşılabilir bir şekilde sunulur. Faz ilerlemeli, gecikmeli ve
gecikmeli-ilerlemeli kompenzatörlerin tasarımına yönelik Bode diyagramı yaklaşımı
tartışılır.

Bölüm 8, temel ve modifiye PID kontrolörlerle ilgilidir. PID kontrolörleri için opti-
mal parametre değerlerinin elde edilmesi için hesaplamalı yaklaşımlar, özellikle basa-
mak cevap özellikleri için tatmin edici gereklilikler açısından tartışılmıştır.

Bölüm 9, kontrol sistemlerinin durum uzayındaki temel analizlerini ele alır. Kontrol
edilebilirlik ve gözlenebilirlik kavramları ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.
Bölüm 10 durum uzayında kontrol sistemleri tasarımı ile ilgilidir. Tartışmalar kutup

yerleştirme, durum gözlemcileri ve kuadratik optimal kontrolü içerir. Bölüm 10’un so-
nunda gürbüz kontrol sistemlerine giriş mahiyetinde bir tartışma sunulmuştur.

Kitap, öğrencinin kontrol teorisi anlayışını tedricen kolaylaştırmaya yönelik olarak

düzenlenmiştir. Materyallerin sunumunda yüksek derecede matematiksel argümanlar-
dan dikkatle kaçınılmıştır. Sunulan konunun anlaşılmasına katkıda bulundukları za-
man ispatlar verilmiştir.

Okuyucunun, tartışılan konuyu açık bir şekilde anlayabilmesi için stratejik nokta-
larda örnek problemlerin verilmesi için özel çaba sarf edilmiştir. Ayrıca, Bölüm 1 hari-
cinde, her bölümün sonunda birtakım çözülmüş problemler (A-problemleri) sunulmuş-
tur. Okuyucunun, çözülen tüm bu problemleri dikkatlice incelemesi tavsiye edilir. Bu,

okuyucunun tartışılan konuları derinlemesine anlamasını sağlayacaktır. Ayrıca, Bölüm
1 hariç, her bölümün sonunda birçok problem (çözümsüz) verilmiştir. Çözülmemiş bu
problemeler (B-problemleri) ev ödevi veya sınav problemleri olarak kullanılabilir.
Eğer kitap, dönemlik bir ders için ders kitabı olarak kullanılıyorsa (56 ya da daha

fazla ders saati ile), materyalin büyük bir kısmı, belli konuların atlanmasıyla karşılana-
bilir. Bu kitap, okuyucunun sahip olabileceği pek çok soruyu cevaplayabilecek örnek

problemlerin ve çözülmüş problemlerin (A-problem) bolluğu nedeniyle, temel kontrol
teorilerini incelemek isteyen mühendisler için bir kendi kendine çalışma kitabı olarak
da kullanılabilir.
Kitabın bu baskısı için kitabı okuyarak fikirlerini paylaşan Mark Campbell (Cornell
Üniversitesi), Henry Sodano (Arizona Eyalet Üniversitesi) ve Atul G. Kelkar’a (Iowa
Eyalet Üniversitesi) teşekkür etmek istiyorum. Son olarak, Yardımcı Editör Bayan

Alice Dworkin’e, Kıdemli Yönetmen Bay Scott Disanno’ya ve kitabın çabuk fakat mü-
kemmel basımında yer alan tüm şahıslara en derin takdirlerimi sunmak isterim.

Katsuhiko Ogata