Eyleyici, sensör hatalarına ve parametre belirsizliklerine sahip mobil robotların uyarlamalı hata tolerans kontrolü

Tez Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye

Tez Danışmanı: Dr. Öğr. Üyesi Umut Tilki

Tezin Onay Tarihi: 2021

Tezin Dili: Türkçe

Özet:

ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

EYLEYİCİ, SENSÖR HATALARINA VE PARAMETRE BELİRSİZLİKLERİNE SAHİP MOBİL ROBOTLARIN UYARLAMALI HATA TOLERANS KONTROLÜ

Mustafa AYYILDIZ

Süleyman Demirel Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü

Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Umut TİLKİ

Mekanik sistemler giderek daha karmaşık hale gelmesiyle hata tespit teorisi kontrol alanında uzun süredir yoğun bir çalışma konusu olmuştur. Bu sebeple tez çalışmasında dört farklı kontrol bloğu kullanılmıştır. Bunlar kinematik kontrolcü, yapay sinir ağı tabanlı uyarlanabilir geriadımlamalı kontrolcü, uyarlanabilir kayan kipli kontrolcü ve PID kontrolcüdür.

Son yıllarda, hassas denetim gerektiren görevlerde değişken yapılı (variable structure) kontrol algoritmalarının kullanımı artarak devam etmektedir. Bu kontrol yapılarının başında dış bozuculara karşı gürbüz olduğu bilinen kayan kipli kontrol yer almaktadır. Robotik sistemin (mobil robot, robot manipülatör, insansız hava aracı vb.) belirlenen referans yörüngeyi takibinde aktüatör hataları, sistem belirsizlikleri, sensör hataları gibi sebeplerden oluşan bozucu girişler sebebiyle takip edilen yörüngenin dışına çıkması ve hatta sistemin çalışmasının durması söz konusu olabilmektedir. Bu sebeple hata tolerans kontrolcüsü için seçilecek ideal sistemlerden biri olan kayan kipli kontrolcü gerçek uygulamalarda yeterli olmayabilir. Gerçek uygulamalarda robot parametrelerinin bilinmezliği, robot modelinin doğrusal olmaması ve dış bozulmalar denetleyicinin çalışmasını zorlayan faktörlerdir. Kayma durumunu koruyabilmek, belirsiz parametreler ve bozulmalardan kaynaklanan sorunları çözmek için uyarlanabilir bir yasa ile kayan kipli kontrolcü desteklenmelidir.

Yörünge takibinde robot, verilen bir başlangıç konumundan ve konfigürasyondan başlayarak kartezyen uzaydaki yörüngeye ulaşmalı ve yörüngeyi hatasız veya minimum hata ile takip etmelidir. Bu çalışmada, araç dinamiklerini ihmal eden ve direksiyon sistemine dayanan holonomik olmayan bir mobil robot için kararlı bir yörünge izleme denetleyicisi geliştirilmiştir. Mobil robotun tekerleklerine komut verilen referans hızlarının uygulanmasına izin veren bir kontrolcü yapısı olan kinematik kontrolcü tez çalışmasında önerilen bir diğer denetleyicidir. Kinematik kontrolcünün kazanç değerlerinin optimizasyonu için ekstra bir kontrolcüye tez kapsamında yer verilmiştir. Burada kullanılan kontrolcü yapısı yapay sinir ağı tabanlı uyarlanabilir geriadımlamalı denetleyicidir.

Lyapunov teorisi kullanılarak, mobil robotun oluşturulan dinamik ve kinematik model yapısı incelenmiş, izleme hatalarının kararlılığı ve yakınsaması kanıtlanmıştır.

Diferansiyel tahrikli mobil robot için doğrusal olmayan bir dinamik model tasarlanmıştır. Lagrange mekaniği yöntemi ile dinamik model formüle edilmiştir. Diferansiyel iki tahrik tekerlekli mobil robot dinamiği yapısındaki kinematik kısıtlamalara bir çözüm getirilerek, değiştirilmiş dinamik model oluşturulmuştur.

Kinematik model oluşturulurken aktüatör hataları tanımlanmıştır. Ayrıca kontrol sinyallerinin üzerine bozucu sinyaller uygulanmıştır. Tüm bu işlemlere rağmen mobil robot sistemi kararlı çalışmasını sürdürmüştür.

Mobil robotun parametre değerleri, kazançları, hata modellemesi ve yapay gürültü değerleri aynı tutularak PID denetleyicisi ile uyarlanabilir kayan kipli kontrolcü arasında karşılaştırma yapılmıştır. İki kontrolcünün simülasyon sonuçları tatmin edici performans göstermiştir. Matlab/Simulink ortamında gerçeklenen simülasyon sonuçları ile bu sistemin etkinliği kanıtlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Uyarlanabilir Hata Toleranslı Kontrolü, Dinamik Kontrol, Kinematik Kontrol, Uyarlanabilir Kayan Kipli Denetleyici, Yörünge Takibi, Yapay Sinir Ağı, PID Denetleyici, Mobil Robot.

2021, 99 sayfa