Yüksek performanslı gözlemci tabanlı servo motor kontrol yöntemi geliştirilmesi
Development of a high-performance observer-based servo motor control method
- Tez No: 957623
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Endüstriyel servo motor sürücü sistemlerinde yüksek doğrulukta konum, hız ve moment kontrolü sağlamak, özellikle gerçek zamanlı uygulamalarda çeşitli zorluklar doğurmaktadır. Bu zorluklar; sistem parametrelerinin zamana bağlı değişimi, mekanik bozucular ve sensör kaynaklı gürültülerden kaynaklanmaktadır. Bu tür problemlerin üstesinden gelmek için, durum ve yük momenti kestirimi sağlayan gözlemci tabanlı yaklaşımlar etkili bir çözüm sunmaktadır. Ancak, geleneksel gözlemciler sabit parametre varsayımlarına dayandığı için değişken koşullara uyum sağlayamamakta, bu da doğruluk ve kararlılık sorunlarına yol açmaktadır. Dolayısıyla, daha esnek, adaptif ve yüksek kestirim doğruluğu sunan yapılara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, Lyapunov Tabanlı Adaptif Filtreleme Gözlemcisi (L-AFGÖZ) geliştirilmiş ve servo sürücülerinin durum değişkenlerini (konum, hız) ve bozucu etkileri (örneğin yük momenti) eşzamanlı ve yüksek doğrulukla kestirecek şekilde tasarlanmıştır. Gözlemci yapısı, Lyapunov kararlılık teorisine dayanarak kestirim hatalarının yerel asimptotik kararlılığını matematiksel olarak garanti altına almakta; çevrim içi adaptasyon mekanizmasıyla sistem dinamiklerini izleyerek kazançları sürekli güncellemektedir. Böylece parametre belirsizlikleri ve dış bozuculara karşı gözlemcinin uyarlanabilirliği korunmaktadır. Ayrıca filtreleme özelliği, ölçüm gürültülerinin etkisini bastırarak sistemin genel kararlılığına katkı sağlamaktadır. L-AFGÖZ'ün matematiksel temelleri, adaptasyon kuralları ve servo sürücü sistemlerine entegrasyonu ayrıntılı olarak sunulmuş; performansı hem sayısal benzetim ortamında hem de deneysel olarak doğrulanmıştır. Deneysel çalışmada, farklı referans profilleri, atalet uyumsuzlukları ve yükler altında gerçekleştirilmiş; L-AFGÖZ'ün, DGÖZ, sabit kazançlı Kalman Filtresi (SKKF) ve adaptif Kalman Filtresi (AKF) gibi geleneksel yöntemlere kıyasla daha yüksek kestirim doğruluğu sunduğu gözlemlenmiştir. Özellikle geçici rejim koşullarında düşük tepe hata ve sürekli rejimde yüksek doğruluk sağlayarak kontrol sisteminin genel başarımını artıran kritik bir bileşen olarak öne çıkmaktadır. Sonuç olarak, önerilen L-AFGÖZ algoritması; düşük hesaplama maliyeti, güçlü adaptasyon yeteneği, Lyapunov temelli kararlılık garantisi ve dayanıklı kestirim başarımı ile endüstriyel servo motor sürücü uygulamalarında yüksek uygulanabilirliğe sahip yenilikçi bir gözlemci çözümü sunmaktadır. Teorik analizler ve deneysel gözlemler, L-AFGÖZ'ün geleneksel yapıların ötesinde bir performans sergilediğini ve gerçek zamanlı sistemlerde güvenilir bir alternatif olarak öne çıktığını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
High-precision position, velocity, and torque control in industrial servo motor drives remains a significant challenge, especially under real-time constraints. These difficulties stem from time-varying system parameters, mechanical disturbances, and sensor-induced measurement noise. To address these issues, observer-based estimation techniques capable of simultaneously estimating internal states and external disturbances, such as load torque, have proven effective. However, conventional observers often rely on fixed parameter assumptions, limiting their adaptability under dynamic conditions and resulting in reduced estimation accuracy and system stability. This motivates the need for more flexible, adaptive, and noise resilient observer structures. This study proposes a novel Lyapunov-Based Adaptive Filtering Observer (LAFGÖZ) designed to estimate both the state variables (position, speed) and disturbance inputs (load torque) of servo drives with high accuracy. The observer is developed based on Lyapunov stability theory, ensuring the local asymptotic convergence of estimation errors. An online adaptation mechanism is incorporated to continuously update observer gains in response to variations in system dynamics, maintaining robustness against parameter uncertainties and external disturbances. Additionally, the filtering structure suppresses measurement noise and enhances the stability of the overall control system. Theoretical foundations, adaptation rules, and implementation procedures of LAFGÖZ are presented in detail. Its performance is validated through comprehensive simulations and experimental tests under conditions such as varying reference trajectories, inertia mismatches, and external load disturbances. Comparative results demonstrate that L-AFGÖZ outperforms conventional methods—including the Conventional State Observer (DGÖZ), Fixed-Gain Kalman Filter (FGKF), and Adaptive Kalman Filter (AKF)—by achieving lower transient errors and higher steady-state accuracy. In summary, the proposed L-AFGÖZ offers a robust and computationally efficient solution for real-time state and disturbance estimation in industrial servo drives. Its strong adaptability, noise rejection capability, and Lyapunov-based stability assurance position it as a valuable alternative to traditional observers in both academic and industrial applications.
Benzer Tezler
- 1985-1986 yıllarında Polatlı Devlet Hastanesine kaza nedeniyle başvuranların incelenmesi
Başlık çevirisi yok
FERHAN ŞENOL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
İlk ve Acil YardımGazi ÜniversitesiKazaların Çevresel ve Teknik Araştırması Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. HİKMET PEKCAN
- Devrelerin büyük işaret cevaplarının bilgisayar yardımıyla bulunması
Başlık çevirisi yok
NÜKHET GÜNEYİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜR TÜTÜNCÜOĞLU
- Bir ilaç fabrikasında personel gereksinmesinin belirmesi seçilmesi ve elde tutulmasına yönelik bir uygulama çalışması
Başlık çevirisi yok
EMİNE BOZBAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1989
İşletmeİstanbul ÜniversitesiÇalışma Ekonomisi ve Endüstri İlişkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUĞRAY KAYNAK
- Çimentonun sertleşmesi üzerinde kimyasal komponentlerin etkisi
Başlık çevirisi yok
NACİYE TÜRKEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEBE
- 1981 Türkiye tarımsal yapısının önemli bileşenleri ve tarımsal bölgelerin elde edilmesi
Principle components of Turkey's agricultural structure and to determine agricultural rigions in 1981
İHSAN KARABULUT