19 Haziran 2013 Çarşamba

Geribesleme Mekanizması

Amaç – araç uyumu, ilerlemenin ya da başarının özüdür. Bu uyum, belirgin, somut bir hedef ile bu hedefe ulaşmak için kullanılacak aracın bir birine uygunluğunu gerektirir. Başka bir deyişle araç, amaca ulaşmak için gerekli niteliklere sahip olmalıdır.

Kontrol Teorisi bu aracı “kontrol sistemi” olarak adlandırır. Kontrol sistemi, içinde bulunulan odanın sıcaklık ve nemini, 100 metre koşucusunun hız ve temposunu, yolcu uçağının irtifasını, güdümlü füzenin tarayıcı başlığını, şirket yönetim kurulunun finansal stratejilerini belirler.

Bir kontrol sisteminin üç temel bileşeni vardır: Kontrolün amaçları (girdiler), kontrol sistemi ögeleri ve sonuçlar (çıktılar). Kontrol sisteminin amacı, bileşenler vasıtası ile girişleri, istenen sonuca ulaşacak çıktıları elde etmek için kullanmaktır. Bir kontrol sistemi olarak otomatik pilot, istenen irtifa seviyesine ulaşmak için hız ya da motor devri gibi girdileri kullanır.

İster bir makine olsun ister siyasi ya da ticari bir mekanizma, sistemler iki ana kategoriye ayrılır: Açık çevrim ve kapalı çevrim sistemler.


Açık çevrim sistemleri kabaca kola makinasına benzetmek mümkündür. Parayı hazneden atarsınız, para içerideki çarklardan geçer, mekanizma çalışır ve ürün haznesinden teneke kutu kola çıkar. Otomobilde gaz pedalına ne kadar basarsanız motor devri o kadar artar. Gaza basmaya devam ettiğiniz, başka bir deyişle sisteme girdi sağlamaya devam ettiğiniz sürece motor, devir olarak size çıktı sağlamaya devam edecektir – ta ki bozulana ya da boğulana kadar.

Açık çevrim sistemin en önemli eksisi de budur: Sistemin hedefe ulaşmasını, çıktıların hedef değere yakınsamasını kontrol edecek bir mekanizma yoktur. Sistem, amaçtan sapabilir ve onu bu sapmadan alıkoyacak herhangi bir girdi bulunmamaktadır. Sistemin girdileri ile çıktıları birbirleri ile iletişim halinde değildir, yani hedefe ulaşmak için sistem girdilerinin nasıl ayarlanacağı kontrol edilememektedir.

Bu nedenle kontrol sisteminin hatasız bir şekilde teşkil edilebilmesi için kapalı çevrim sistemler kullanılır. Kapalı çevrim sistemlerde bir geribesleme (feedback) mekanizması mevcuttur. Geribesleme sistemi temel olarak sistemin çıktılarını girdilere bağlayan ikinci bir alt-sistemdir. Geribesleme mekanizmasının görevi, sistem çıktılarını hedef ile karşılaştırmak, aradaki fark uyarınca sistem girişini değiştirmektir.

Otomatik pilot, kapalı çevrim sistemi tarif etmek için güzel bir örnektir. Söz gelimi uçağı 10,000m sabit irtifada uçurmak için ayarlanan otomatik pilot sistemi, uçağın irtifa ölçerinden (altimetre) gelen verileri devamlı suretle hedefle (yani 10,000m değeri ile) karşılaştırır. Örneğin herhangi bir dış etken (türbülans gibi) nedeniyle uçağın irtifası 9,000m’ye düşerse, otomatik pilot, uçuş kumanda yüzeylerine 1,000m irtifa kazandıracak kontrol sinyallerini üretir. Bu hesaplama ve sinyal oluşturma mekanizması, bir kontrol sistemidir.

Bu örnek, geribesleme sisteminin ikinci önemli işlevini de vurgulamaktadır. Zira geribesleme sistemleri, kontrol sisteminin harici etkilere (bozucu etki, perturbasyon) karşı direncini artırır: Geribesleme sistemi, kontrol sisteminin kararlılığını sağlamak için hayati öneme sahiptir.

Burada bir parantez açıp kararlılık (stabilite) kavramına kabaca değinmek gerek:

Tas - bilye örneği
Kararlılık kavramının mühendislik terimi olarak kullanılanı, basitçe bir tas ve bir bilye sistemi ile örneklenebilir. Ters çevrilmiş tasın üzerinde duran bilyeye hafifçe dokunulsa bile aşağı yuvarlanacaktır. Bu, kararlılık sınırındaki bir sisteme örnektir. Kontrol altındaki veya kontrol dışı en ufak bir dış etken sistemin kararlılığını bozacaktır. Burada kontrol edilebilen dış etken parmağın hareketi (sistemin girdisi), kontrol edilemeyen dış etken ise söz gelimi rüzgardır (pertürbasyon). Tastan dışarı fırladığı andan itibaren bilye kontrolümüz dışındadır: Tas – bilye sistemimiz artık kararsızdır zira ne kadar fiske (girdi) vurursak vuralım, bilyenin hareketi (çıktı) üzerinde artık hakimiyetimiz yoktur.

Bu sefer bilyeyi tasın içine koyalım. Bilyeye ne kadar fiske vurulursa vurulsun tas çeperinde belli bir miktar yükseldikten sonra eski konumuna, yani tasın dibine geri gelecektir. Yani “kararlı” olan bu sistem her türlü dış etkene karşı kendi konumunu koruyabilmektedir. Eğer bilyeyi tastan dışarı çıkarmak istiyorsak büyük bir kuvvetle fiske vurmalıyız: Bu kuvvet ters çevrilmiş tasın tepesindeki bilye için uygulanması gerekenden misliyle fazladır. [*]

Özet olarak geribesleme sistemi sadece sistemin çıktısını hedefe yakınsatan bir mekanizma değil, aynı zamanda sistemin istenen sınırlar dahilinde kalması ve bozucu dış etkenlere karşı savunmasını da sağlayan bir güvenlik katmanıdır.

Çok yüzeysel olan bu tanımlar aslında kontrol teorisinin girişinin ilk birkaç sayfasını oluşturur belki de. Ancak ana fikir basittir: Mühendislik, ekonomi, politika ya da sosyolojide tanımlanan herhangi bir sistem, açık ya da kapalı kontrol sistemi olarak modellenebilir. Karmaşık sistemlerde iç içe girmiş çok sayıda geribesleme sistemi, çoklu giriş – çoklu çıkış yapıları vb bulunabilir.

Sistemin yapısı ve mimarisi nasıl olursa olsun geribesleme mekanizmasının önemi hayatidir. Sistemin kararsız, yani çıktıları üzerinde kontrol sahibi olunmayan bir aşamaya gelmesini önler, sistemi, dalgalanmalara rağmen belli sınırlar / rota üzerinde dengeli kılar.

Dolayısıyla bir sistemin kusursuz çalışması, geribesleme mekanizmalarının kusursuzluğuna doğrudan bağlıdır.

Geribesleme mekanizmaları, sistemin yapı ve amacına göre çok katmanlı ya da birden fazla olabilir. Sistemin tasarımının rafine edilmesi, girdi, çıktı ve geribesleme sistemi performansının takibi ile sağlanabilir.

Geribesleme mekanizmasından yoksun bir sistemin kararlılığı bıçak sırtındadır. En ufak bir üfleme bile bilyeyi tasın tepesinden devirebilir ya da cılız bir türbülans uçağı yere çakabilir.


Not: Kontrol teorisi ile ilgili olarak başucu kaynağı niteliğindeki, Benjamin Kuo'nun Otomatik Kontrol Sistemleri kitabını konunun ilgililerine tavsiye ederim.


[*]: Aslında mühendislik terimi olmayan, insan karakteriyle ilgili kararlılığın da tanımı çok da farklı olmasa gerek. Hayattaki kontrol edilemeyen dış etkilerin (pertürbasyon), söz gelimi hayal kırıklıklarının, ayrılıkların, üzüntülerin vesairenin "bozucu" etkilerini kısa sürede atlatıp yine eski durumuna dönebilen insan, kararlı bir duruşa sahip olarak nitelendirilebilir. Ancak en ufak bir engelde, hayal kırıklığında veya olumsuzlukta yelkenleri suya indiren, kendini olayların akışına bırakan insan kararsızdır, dengesizdir, güvenilmezdir.

3 yorum:

Adsız dedi ki...

insan faktör muhendisliği, sistem analizi ve otomasyon derslerinde faydalı bir yazı olmuş. Ellerine saglık. u.k.

briket makinası dedi ki...

ilginç bir döngü oldu, yazı baya yararlı

sohbet dedi ki...

Paylaşım için teşşekürler