Geri Dön

Hareket kontrol sistemleri için model tabanlı gürbüz kontrolcü tasarımı

Model based robust controller design for motion control systems

  1. Tez No: 633594
  2. Yazar: ALPER GÜL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. CEMAL BAYKARA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Mechatronics Engineering, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Adaptif denetim, Adaptif denetim sistemleri, Adaptif model izleme kontrol sistem, Akıllı denetim, Gerçek zamanlı denetim, Motor kontrol, Optimal kontrol, Oransal kontrol, Otokontrol, Otonom ve kontrol, Adaptive control, Adaptive control systems, Adaptive model following control system, Intelligent control, Real time control, Motor control, Optimal control, Proportional control, Autonomous and controlled
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Sistem Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Günümüzde teknolojinin de gelişmesiyle robotlar ve akıllı cihazlar farklı endüstri dallarının birçok kolunda faaliyet göstermeye başlamıştır. Bu endüstriler arasında dikkate değer alanlardan biri ise kuşkusuz savunma sanayii olacaktır. Üretilen çeşitli silahlar ve savunma mekanizmaları, dünyanın dört bir yanına gönderilmekte olup, fiziksel olarak birbirinden çok farklı ve değişken ortam koşullarında benzer ve belirli bir performansın üzerinde çalışmaları beklenmektedir. Bu gerekliğe rağmen savunma sistemlerinin çoğunda kullanılan geleneksel sabit performanslı kontrol metotları, değişen bu sistem dinamikleri karşısında performans kaybı yaşamadan çalışmayı sürdürebilmek konusunda yetersiz kalmaktadır. Bu problemin başlıca sebebi, ilgili tasarımın doğrusal olmayan gürültülerden etkilenmesi sonucu, geçici tepkisinin istenilen sürekli durum koşullarına göre daha az doğru ve kesin sonuçlar veremiyor olması olarak açıklanabilir. Bu problemin aşılabilmesi adına, ilgili kontrol sistem tasarımı değişen sistem dinamiklerine cevap verip adapte olan bir mekanizmaya sahip olacak şekilde seçilebilir. Bu yüzdendir ki, hem adaptif hem de dinamik bir yapıya sahip olan Lyapunov tabanlı Model Referans Kontrolcü tasarımı bu probleme çözüm olarak sunulabilir. Bu tezin amacı, Lyapunov Tabanlı Model Referans Adaptif Kontrolcü'nün, sabit ve kule tipi bir makineli tüfek üzerinde gerçek zamanlı olarak test edilip, kontrolcü performansının gözlemlenmesidir. Bunu başarabilmek adına, yapılan çalışmalar öncelikle simülasyon ortamında gerçekleşmiş, sonra fiziksel sistem ile çalışılmaya başlanmıştır. Simülasyon çalışmaları iki ayrı kolda yürütülmüş olup, sistem modelinin oluşturulması ve kontrolcünün tasarlanması olarak ele alınmıştır. Tez çalışması aşağıda belirtilen bölümler kapsamında yapılmış ve bölüm içerikleri aşağıda paylaşılmıştır. Tezin ilk bölümünde, hedef problem ortaya koyulmuş, bu tezin bahsedilen probleme hangi açılardan dokunduğuna ve neye çözüm sunduğuna değinilmiştir. Tezin amacı ve içeriği ele alındıktan sonra literatürde bu konu ile ilgili başkalarının yaptığı çalışmalardan ve ulaştıkları sonuçlardan bahsedilmiştir. İkinci bölümde, üzerinde gerçek zamanlı testlerin yapıldığı kule tipi makineli tüfek tareti ve bu tareti oluşturan her bir elektronik ya da elektromekanik parça ayrıca ele alınılıp tanıtılmıştır. Üçüncü bölümde, sistem simülasyon model yaklaşımları ve tasarım aşamalarından bahsedilmiştir. İlk olarak, sistem fiziksel modeli başlığı altında taretin matematiksel denklemlerinin çıkarılması ve sistem parametrelerinin nasıl bulunduğu ele alınmıştır. Devamında, simülasyon modelinin nasıl tasarlandığından bahsedilmiş olup, bu modelin hangi doğrusal olmayan bozucu etkileri içerdiğine değinilmiştir. İkinci olarak, istatiksel sistem modelinden bahsedilmiştir. İstatiksel model özelinde, modelin tanılama aşaması, gereksinimleri ve teknikleri detaylıca anlatıldıktan sonra farklı derecelerden tanılanan modellemeler ortaya koyulmuştur. Dördüncü bölümünde, Lyapunov tabanlı Model Referans Adaptif Kontrolcü tasarım aşamaları anlatılmıştır. Bu kapsamda ilk olarak, temel adaptif kontrol yaklaşımlarından bahsedilmiştir. Daha sonra, adaptif kontrolün ilk örneklerinden biri olan MIT Kuralının açılımı yapılmış olup matematiksel olarak ifadesinden bahsedilmiştir. MIT Kuralı üzerine geliştirilen Lyapunov tabanlı kontrolcünün ilgili Lyapunov fonksiyonlarını nasıl içerdiğine ve kontrolcünün ne ölçüde kararlı olduğuna dair matematiksel açılımlardan bahsedilmiştir. Beşinci bölümünde, hem fiziksel model hem de istatiksel modele ait simülasyon test sonuçları paylaşılmıştır. Bu kapsamda, aynı profile sahip testlerin sırayla uygulandığı ve belirli parametreler ışığında karşılaştırıldığı bir çalışma ele alınmıştır. Daha sonra, kontrolcünün kullanıcı tarafından değiştirilebilen tek parametresi olan hassaslık sabitinin sistem çıkış sinyali üzerinde olan etkileri gözlemlenmiştir. Adaptif yapıya sahip Lyapunov MRAC'ın sabit performanslı kontrolcülerden olan, aynı zamanda endüstride çok yaygın olarak kullanılan PID kontrolcü karşısındaki performansı ve zamana bağlı olan hata değişimi ele alınmıştır. Altıncı bölümünde, geliştirilen Model Referans Adaptif Kontrol algoritması makineli tüfek tareti üzerinde bulunan servo denetleç biriminin elektronik kartlarından biri olan sinyal işleme kartı üzerinde koşturulmuştur ve devamında gerçek zamanlı testleri gerçekleştirilmiş, sonuçları paylaşılmıştır. Yedinci ve son bölümünde, bu çalışmaların bütünü değerlendirilmiş olup gerçekleştirilen adımlar üzerinden geçilmiş, çıkarılan sonuçlar paylaşılmıştır. Devamında, ileride bu proje özelinde başka ne gibi çalışmaların yapılabileceğine yer verilmiştir.

Özet (Çeviri)

In todays world, thanks to technological advancements, robots and smart devices partake in numerous areas in various industries. Among many, defence industry is arguably the most significant one. Robots in defence industry make people lives easier and safer. States gives continiously increased attention to techonological grow in defence. At this point, performance of the devices become important. Several weapon, gun and defence mechanisms are sent to various districts all of which are susceptible to environmental conditions. However, these mechanisms are expected to perform similarly above a spesific threshold. Nevertheless, most of them remain incapable of maintaining high performance due to continiously changing physical conditions. Reduced performance is also related to approach of the designers. Most of the control algorithms in defence industry has error based constant controller coefficients, which means constant performance for the current dynamics of the system. The designers generally does not take the case, where enviroments are different, into consideration in the algorithm producing phase. However, when the control system encounters different dynamics, one that has constant performance would make the user operator experience unwanted high frequency resonance, phase delay and most likely untolerable tracking error. The problem above is generally caused by the non-linear effects linked to system dynamics, a phenomenan which can be explained as the impact on the transient response of the control signal making the system behaviour relatively uncertain and incorrect compared to the expected one. To overcome this problem, relevant control system architecture should be designed. Thus an adaptive response mechanism to all varying physical effects on the system itself could be maintained. Lyapunov Based Model Reference Adaptive Control design technique is proposed as a solution to this phenomenon. Proposed control strategy has two different linked mechanisms which is offered. While one of them is responsible of ordinary controlling problem, other one is capable of updating controller parameters. This mechanism works between user defined reference model and system plant. The difference of their output signals is called error which is used for producing error cost function. The aim of this controlling strategy is minimizing the error function produced. Thus, system is expected to have well established command tracking performance under varying system dynamics and environmental disturbances. The primary aim of this thesis is to test Lyapunov Based Model Reference Adaptive Control technique on the fixed tower type gun turret, and observe the control performance. To achieve this, the control technique was applied to a turret plant model, first on a simulation environment then the simulated design was tested on the pyhsical gun turret mechanism. Simulations were seperated into two groups, the function of which is to establish the turret plant model and design the control system architecture. The contents of the following chapters in this dissertation are summarized below. In the first chapter, the problem about controlling systems are presented. Then, the solution towards this problem are furthered. To supplement this, several studies and different approaches on the issue are summarized in chronological order in the literature survey section. In the second chapter, the physical gun turret platform is introduced and the specifications of each component are explained in detail. In the third chapter, the simulation model approaches are presented and their detailed design phases are shown. First, the mathematical expression of the system plant model and the ways in which the system physical parameters can be determined are explained. Second, the design of the non-linear effects in the physical system plant model is presented. Finally, the statistical system plant model is introduced. Under the statistical model, the system identification methods, its requirements, the technical details and the identification results from different orders are demonstrated. In the fourth chapter, the design phases of Lyapunov based Model Reference Adaptive Control are explained in detail. Within the scope of this, fundamental approaches to the adaptive control theory are revealed. Then, one of the first examples of Model Reference Adaptive Control approach, MIT Rule, and it's mathematical expression are expanded. Following that, Lyapunov based Model Reference Adaptive Control technique, which is obtained by a modification of MIT Rule is explained and it's stability functions and mathematical expressions are elucidated. Finally, the extent to which these controllers are stable is mentioned briefly. In the fifth chapter, the simulation results and the meaningful comparison of both physical and statistical plant models are shown. Then, the effects of the user adjustable sensivity learning gain on the output signal are demonstrated. Afterwards, the performance comparison of PID Controller, Lyapunov based Model Reference Adaptive Controller and their error trends throughout simulation time are shown. Furthermore, simulations about continiously changing performance under the effects of varying friction forces are presented. In order to change in friction forces along traverse direction, preload of the servo motor is also changed. Then, the reidentified transfer function is used to observe its instant effects on the controller performance. This performance test results are also shown in this section. In the sixth chapter, real time test results of Lyapunov based Model Reference Adaptive Controller algorithm on a real stationary tower type machine gun turret are shared, which were obtained through a run on the servo driver's digital signal processing card. The test about controller performance under changing friction forces in simulation environment is also tested on physical system. The performance differences between contanst and varying controller parameters of the controllers are respectively shown in this section. In the final chapter, the overall results achieved are discussed and possible future works following this study are suggested. In conclusion, constant and adaptive controller performance in turret systems are compared. This comparison is held under varying physical environmental conditions. Both simulation, physical system performance results are presented and their advantages/ disadvantages depending on use of field are also mentioned in detailed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    178684

    Analog controller based on sliding mode control for piezoelectric actuators

    Piezoelektrik hareketlendiriciler için kayan kipli denetim tabanlı analog denetleyici

    SELİM YANNİER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ASİF SABANOVİC

  2. Tez No

    754601

    Vibration control of a structure with active mass systems

    Bir yapının aktif kütle sistemleri ile titreşim kontrolü

    RAFET CAN ÜMÜTLÜ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Mekatronik MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN ÖZTÜRK

  3. Tez No

    790540

    Full duplex hybrid acoustic/RF communication for underwater networked control systems

    Su altı ağ bağlantılı kontrol sistemleri için tam çift yönlü hibrit akustik/RF haberleşme

    SAEED NOURIZADEH AZAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT

    DOÇ. DR. AHMET ONAT

  4. Tez No

    803712

    Design, analysis and development of optimal satellite attitude control system

    Optimal uydu yönelim kontrol sistemi tasarım, analiz ve geliştirilmesi

    EMRE SAYIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT

  5. Tez No

    832326

    Recursive least squares estimator based adaptive slidingmode controller for an autonomous underwater vehicle

    Bir otonom su altı aracı için yinelemeli en küçükkareler kestirimcisi tabanlı uyarlanabilir kayan kiplikontrolcü

    SERTAÇ ÇAKIR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI

Geri Dön