ASR – Automatic Speed Regulator, bir hız kontrol cihazında (VFD) motorun gerçek veya tahmin edilen hızını, istenen hız referansı ile karşılaştıran ve aradaki hız hatasını azaltmak için sürücünün tork veya motor kontrol komutunu düzenleyen hız kontrol döngüsüdür.

Türkçede en doğru karşılıklarından biri Otomatik Hız Regülatörü veya Otomatik Hız Regülasyonu olarak kullanılabilir. Buradaki “otomatik” kelimesi, sürücünün proses talebine göre kendi kendine yeni bir hız seçmesi anlamına gelmez. ASR'nin temel görevi, kendisine verilen hız referansını yük değişse bile mümkün olduğunca korumaktır.

Örneğin motor 1200 d/d hızda çalışırken yük aniden artarsa gerçek hız kısa süre düşebilir. ASR bu sapmayı görür, hız hatasına göre daha fazla tork talep eder ve sistem sınırları izin veriyorsa motoru tekrar 1200 d/d civarına getirir.

Kısaca: ASR'nin sorusu “Motor kaç devirde çalışmalı?” değildir. O hız referansı başka bir yerden gelir. ASR'nin sorusu “Motor gerçekten istediğim hızda mı?” sorusudur.

ASR nasıl çalışır?

Bir hız kontrol döngüsünde önce bir Speed Reference – hız referansı bulunur. Bu referans keypad, analog giriş, PLC, fieldbus, preset speed, proses PID veya başka bir üst kontrol sisteminden gelebilir.

Daha sonra motorun gerçek hızı belirlenir. Bu bilgi encoder / PG gibi fiziksel bir geri besleme elemanından gelebilir. Bazı sensorless vector kontrol yöntemlerinde ise motor hızı sürücünün elektriksel modelinden tahmin edilir. Kullanılan yöntem sürücü ve kontrol moduna bağlıdır.

Kontrolör şu farkı hesaplar:

Hız hatası = Hız referansı − Gerçek hız

Motor istenenden yavaşsa hata pozitif olur ve kontrolör daha fazla tork ister. Motor istenenden hızlıysa kontrol eylemi ters yönde değişir.

Bu hız regülatörü çoğu gelişmiş sürücüde PI – Oransal + İntegral yapısında uygulanır. Üretici menüsünde bu nedenle ASR P Gain, ASR I Time, Speed Loop Gain veya Speed Regulator Gain gibi parametreler görebilirsiniz.

ASR çıkışı doğrudan frekans mıdır?

Her kontrol modunda aynı değildir. Bu önemli bir ayrımdır.

Basit bir V/f + hız geri besleme sisteminde ASR, hız sapmasını azaltmak için çıkış frekansına düzeltme uygulayabilir.

Ancak gelişmiş vektör kontrollü sürücülerde hız regülatörünün çıkışı çoğunlukla doğrudan “kaç Hz verelim?” şeklinde düşünülmez. Hız döngüsü gerekli motor torkunu hesaplar; bu tork talebi içteki daha hızlı tork/akım kontrol döngüsüne aktarılır.

Basitleştirilmiş zincir şöyledir:

Hız Referansı → ASR Hız Döngüsü → Tork Referansı → Akım/Tork Döngüsü → Motor → Hız Feedback → ASR

Bu nedenle ASR, modern vector drive mimarisinde motor kontrol sisteminin iç içe geçmiş kontrol döngülerinden biridir.

Mevcut ASR simülasyonu

Aşağıdaki OtomasyonAVM simülasyonunda temel fikir korunmuştur. ASR açıkken yük değiştiğinde hız kısa süre sapar ve PI hız regülatörü motoru yeniden set değerine taşımaya çalışır. ASR kapalıyken ise aynı açık çevrim komutunda yük artışı daha belirgin hız düşümüne neden olur.

Not: Simülasyon ASR'nin prensibini öğretmek için hazırlanmış basitleştirilmiş bir modeldir. Gerçek motorun torku, akımı, ataleti ve hız döngüsü davranışı kullanılan VFD, motor ve mekanik sisteme bağlıdır.

ASR ile proses PID kontrolü aynı şey değildir

Bu ayrım çok önemlidir.

ASR hız döngüsünün kontrol ettiği değişken motor hızıdır. Referans 1200 rpm ise ASR'nin görevi gerçek motor hızını 1200 rpm civarında tutmaktır.

VFD proses PID ise basınç, debi, sıcaklık, seviye veya başka bir proses değişkenini kontrol eder.

Örneğin bir hidrofor sisteminde basınç sensörü 4–20 mA ile VFD'nin PID kontrolüne bilgi gönderir. PID, istenen basınca ulaşmak için motorun hız referansını örneğin 38 Hz'den 44 Hz'e değiştirebilir.

Motor tarafındaki ASR ise varsa bu yeni hız referansının gerçek motor hızı olarak doğru uygulanmasını sağlar.

Yani iki kontrol döngüsü ardışık bile çalışabilir:

Basınç sensörü → Proses PID → Hız referansı → ASR → Tork/Akım kontrolü → Motor

Bu nedenle “ASR pompa basıncına göre otomatik hız değiştirir” cümlesi eksiktir. Basınç talebine göre hız referansını değiştiren bölüm çoğunlukla proses PID veya üst otomasyon sistemidir.

ASR ile açık çevrim kontrol arasındaki fark

Basit açık çevrim V/f kontrolde sürücü belirli bir frekans uygular ancak motor milinin gerçek hızını doğrudan kontrol döngüsüne almayabilir.

Motor yükü arttığında asenkron motorun kayması yükselir ve rotor hızı düşebilir.

ASR bulunan feedback'li bir hız döngüsünde bu düşüş ölçülür veya tahmin edilir. Hız regülatörü gerekli tork düzeltmesini yaparak motoru referans hıza geri getirmeye çalışır.

Bu nedenle özellikle hassas hız regülasyonunda kapalı çevrim kontrol ve ASR kavramları birbirine yakındır.

Sensorless Vector Control'de ASR olabilir mi?

Fiziksel encoder bulunmaması mutlaka hız regülatörü bulunmadığı anlamına gelmez.

Sensorless Vector Control motorun hızını ve rotor durumunu elektriksel ölçümler ve motor modeli üzerinden tahmin edebilir. Sürücü bu tahmini hızı iç hız döngüsünde kullanabilir.

Ancak sıfıra yakın hızlarda veya çok hassas uygulamalarda model tabanlı hız tahmini fiziksel encoder geri beslemesi kadar güçlü olmayabilir. Bu yüzden yüksek performanslı uygulamalarda encoderli closed-loop vector tercih edilebilir.

ASR P Gain ne işe yarar?

P – Proportional Gain, anlık hız hatasına ne kadar güçlü tepki verileceğini belirler.

P kazancı çok düşükse motor yük değişimine karşı ağır cevap verir. Hız düştükten sonra referansa dönmesi uzun sürebilir.

P kazancı fazla yükseltilirse sistem çok saldırgan tepki verebilir. Mekanik sistem, motor ataleti ve hız ölçümü uygun değilse hız dalgalanması veya oscillation oluşabilir.

Bu nedenle “P'yi artırınca kontrol daha iyi olur” şeklinde düşünülmemelidir. İyi ayar, hızlı fakat kararlı cevabı bulmaktır.

ASR integral zamanı ne işe yarar?

İntegral bölümü zaman içinde biriken hız hatasını dikkate alır ve kalıcı hız sapmasını ortadan kaldırmaya çalışır.

Örneğin ağır yük altında yalnız oransal kontrol kullanıldığında motor 1200 rpm yerine sürekli 1185 rpm civarında kalabilir. Integral eylemi bu kalıcı hatayı görür ve kontrol çıkışını yavaşça artırarak gerçek hızı referansa taşımaya çalışır.

Fakat integral çok agresif ayarlanırsa overshoot, hunting veya salınım oluşabilir.

Üreticilerin bazıları integral ayarını Ki olarak, bazıları ise Integral Time / I Time olarak verir. I Time parametresinde küçük değer çoğu zaman daha agresif integral etkisi anlamına gelir; kullanılan cihazın tanımı kontrol edilmelidir.

Motor ataleti ASR ayarını neden değiştirir?

Boşta küçük bir motor ile büyük volan döndüren aynı motor aynı hız regülatörü ayarıyla davranmaz.

Atalet, motor hızının ne kadar hızlı değişebileceğini belirleyen temel mekanik büyüklüklerden biridir. Büyük ataletli sistem daha yavaş hızlanır ve yavaşlar; fazla agresif ASR kazançları salınım oluşturabilir.

Bu nedenle bazı gelişmiş sürücülerde ASR tuning veya inertia tuning fonksiyonları bulunur. Yaskawa'nın güncel sürücü parametre yapısında örneğin T3 – ASR and Inertia Tuning ayrı bir tuning grubu olarak yer alır.

ASR sınırlarla karşılaşırsa ne olur?

ASR motoru referans hızına geri getirmek istese bile sürücünün sonsuz tork veya akım kapasitesi yoktur.

Örneğin konveyör sıkıştı ve motor hızı düştü. ASR daha fazla tork talep eder. Ancak motor akımı Current Limit değerine ulaşırsa artık hız döngüsünün istediği bütün tork üretilemeyebilir.

Bu durumda gerçek hız set değerinden düşük kalabilir. Yani ASR referansı korumaya çalışır; sürücünün elektriksel ve mekanik limitleri ne kadarını başarabileceğini belirler.

Benzer biçimde tork limiti, motor termik limiti, DC bara limiti veya mekanik maksimum hız gibi başka sınırlar da hız döngüsünden daha yüksek önceliğe sahip olabilir.

Encoder yönü yanlışsa ASR ne yapar?

Kapalı çevrim sistemlerde encoder yönü ve ölçeklemesi kritik önemdedir.

Sürücü motoru ileri yönde çalıştırırken encoder ters yönde hız bildiriyorsa kontrolör gerçek hatayı yanlış yorumlayabilir ve çok yüksek tork komutu üretmeye çalışabilir.

Bu nedenle devreye almada encoder yönü, PPR/çözünürlük, pulse scaling ve gerçek motor yönü düşük hızda güvenli biçimde doğrulanmalıdır.

Feedback kaybının nasıl yönetileceği de sürücü parametrelerine bağlıdır. Uygulamaya göre sürücü fault verebilir, kontrollü durabilir veya izin verilmişse başka kontrol moduna geçebilir.

ASR enerji tasarrufu sağlar mı?

ASR'nin temel amacı enerji tasarrufu değildir. Temel görevi hız regülasyonudur.

Bir fan veya pompanın proses ihtiyacına göre daha düşük hızda çalıştırılması büyük enerji tasarrufu sağlayabilir; fakat bu hız referansını çoğunlukla PID, PLC veya başka bir proses kontrol sistemi belirler.

ASR ise motorun o hız referansını yük değişimlerine rağmen doğru takip etmesine yardımcı olur.

Yani enerji optimizasyonu ile hız regülasyonunu birbirinden ayırmak gerekir. Aynı sürücüde ikisi birden bulunabilir fakat aynı fonksiyon değildir.

ASR, Auto-Tuning ve AFR aynı şey değildir

Auto-Tuning, motorun elektriksel parametrelerinin sürücü kontrol modeline tanıtılması veya belirlenmesi için kullanılan devreye alma fonksiyonudur.

ASR, motor çalışırken hız hatasını kapatan hız kontrol döngüsüdür.

AFR – Auto Frequency Regulator ise bazı üreticilerde başka bir kontrol/kararlılık fonksiyonunun adıdır.

Benzer isimleri nedeniyle özellikle menüde yan yana görüldüklerinde bu üç fonksiyon kolayca karıştırılabilir.

ASR nerelerde gerçekten önemlidir?

Konveyör: Yük miktarı değişirken bant hızının mümkün olduğunca sabit tutulması gerektiğinde.

Sarıcı / çözücü: Hat hızının başka eksenlerle senkron tutulduğu sistemlerde.

Ekstrüder: Proses yükü değişirken vida hızının kararlı kalması gerektiğinde.

Test tezgâhları: Motor hızının yük değişimlerine rağmen belirli tolerans içinde tutulması gerektiğinde.

Asansör ve kaldırma: Kullanılan kontrol mimarisine göre düşük hız ve hassas hız döngüsünün önemli olduğu uygulamalarda.

Çok eksenli makineler: Birden fazla motorun mekanik veya elektronik olarak senkron tutulduğu sistemlerde.

Pompa ve fanlarda ise motor hızının sabit tutulması kadar proses basıncı veya debisinin kontrol edilmesi daha önemli olabilir. Bu nedenle bu uygulamalarda proses PID ile ASR ayrımı özellikle önemlidir.

Editörün Notu – ASR'yi sahada nasıl anlıyorum?

Ben ASR'yi en basit şu şekilde düşünüyorum: Makineye “1200 devirde git” dedim; yük geldiğinde gerçekten 1200'de kalabiliyor mu?

Yük bindiğinde motor 1200'den 1100'e düşüp orada kalıyorsa yalnız hız referansına bakmanın anlamı yok. Referans hâlâ 1200 gösteriyor ama makine 1100 gidiyor. İşte feedback ve hız regülatörü burada değer kazanıyor.

Ama ASR kazancını sonuna kadar açmak da çözüm değil. Çok agresif ayarda konveyör yük değiştikçe ileri geri hız avlamaya başlar. Operatör “motor titriyor”, elektrikçi “encoder bozuk”, mekanikçi “redüktör sorunlu” der; bazen mesele sadece kötü ayarlanmış hız döngüsüdür.

Ben tuning yaparken önce motor etiket değerlerini ve auto-tuning sonucunu kontrol ederim. Encoder varsa yönünü ve ölçeklemesini düşük hızda doğrularım. Sonra P ve integral ayarına girerim.

Bir başka klasik hata da proses PID ile ASR'yi birbirine karıştırmak. Pompanın basıncı düşmüş diye motor 40 Hz'den 45 Hz'e çıkıyorsa bunu yapan çoğu zaman proses PID'dir. Motor 45 Hz komutuna rağmen yük altında hızı kaçırıyorsa o zaman hız regülasyonu konuşmaya başlarız.

Kısacası önce hangi döngüyü ayarladığını bil. Basıncı mı kontrol ediyorsun, motor hızını mı, torku mu, pozisyonu mu? Bunu ayırmadan parametreyle oynamak zaman kaybettiriyor.

Bu konudan sonra ne okumalı?

ASR'nin geri besleme tarafını anlamak için Kapalı Çevrim Kontrol ve Enkoder konuları doğrudan devamıdır.

Encoder kullanmadan hız tahmini ve daha güçlü düşük hız kontrolü için Sensorless Vector Control; motor modelini doğru kurmak için Auto-Tuning incelenebilir.

Basınç, debi veya sıcaklık gibi proses değişkenlerinin VFD ile kontrol edilmesini öğrenmek için VFD ile PID Kontrol sayfasına geçebilirsiniz.

OtomasyonAVM'de ilgili bölümler

Gerçek sürücü modelleri için Hız Kontrol Cihazları; motor hızı ve hareket geri beslemesi için Enkoderler; üst seviye makine kontrolü için PLC ve Modüller; daha hassas hız ve pozisyon sistemleri için Servo Sistemler bölümleri bu konuyla doğrudan bağlantılıdır.

Dış teknik referans

ASR terminolojisi ve gerçek üretici uygulaması için Yaskawa'nın A1000 teknik kılavuzundaki C5 – Automatic Speed Regulator (ASR) bölümü incelenebilir. Yaskawa aynı dokümanda ASR P Gain ve Integral Time parametreleriyle hız döngüsünün cevap karakteristiğinin ayarlanmasını açıklar. Yeni nesil Yaskawa parametre yapısında da ASR, PID Control ve Energy Saving ayrı fonksiyon grupları olarak sınıflandırılır.