Geri beslemeli doğrusallaştırma metoduna dayalı doğrusal olmayan kontrol tasarımı


Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2007

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: TUĞRUL ADIGÜZEL

Danışman: MURAT EFE

Özet:

Robot manipülatörlerin kontrol düzenekleri, sistemin doğrusallaştırılması ve referans yörünge boyunca sürülmesi için, iki ayrı kontrol edici tasarlanacak şekilde yapılandırılır. Doğrusallaştıran kontrol edici durum bilgisini kullanarak bir iç döngüde oluşturulurken, yörünge takibinde kullanılan kontrol edici bir dış döngüde yapılandırılır ve hata bilgisini kullanarak işlev görür. Bu tezde, robot manipülatör sistemlerinin doğrusal olmayan kontrolünde, sistemlerin doğrusal kontrol edici ile aynı dış kontrol döngüsü üzerinden doğrusallaştırılması için gerek ve yeter koşullar çıkarılmış ve böylece doğrusal ve doğrusal olmayan kontrol edici bloklarının bir arada tasarlanabilmesi için yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Önerilen kontrol yaklaşımı ile robot manipülatörlerin davranışının sadece takip hatası bilgisi kullanılarak ne düzeyde doğrusal yapılabileceği incelenmiştir. Tezde verilen doğrusal olmayan kontrol düzeneğinin önemli bir özelliği sistemin hem doğrusallaştırılması hem de referans yörünge takibi için aynı hata bilgisinin kullanılıyor olmasıdır. Yaklaşık geribeslemeli doğrusallaştırma olarak adlandırılan bu yaklaşım ile doğrusallaştıran kontrol edicinin yapılandırılmasında bir iç döngüden dış döngüye taşınmasına ve böylece doğrusal kontrol edici ile paralel çalışabilmesine imkan sağlanmıştır. Önerilen kontrol yapısı MATLAB/Simulink ortamında oluşturulan benzetimler üzerinde sınanmıştır. Elde edilen yörünge takibi sonuçları, önerilen kontrol düzeneği kullanılarak tasarlanan kontrol sisteminin hızlı ve doğru bir performans sergileyebildiğini göstermiştir. Önerilen yaklaşım ile bir silindirik robot kontrol sistemi için değişik hareket takibi durumlarında elde edilen benzetim sonuçları da tezde sunulmuştur.AbstractThe approach to the control design of robotic manipulators is established on the decomposition of the control scheme into a linearizing and a tracking controller. While the linearizing controller employs state information and is established in the inner loop, the tracking controller is in the outer loop and acts upon error information. In this thesis, on nonlinear control of robot manipulator systems, necessary and sufficient conditions are established for the system to be externally linearized by only through the same control loop of linear controller and a new approach is given for the construction of the linearizing controller where it can be designed together with linear controller. With the proposed control approach, to what extent the behavior of the robot manipulators could be made 'linear' when only tracking error information is available, is examined. An important property of this proposed scheme is that the error information is used for both linearizing the system and driving it. This technique, which is referred to as approximate feedback linearization, allows the transfer of the linearizing controller from the inner to the outer loop, hence to be designed parallel with linear controller. The proposed control architecture is designed and tested on MATLAB/Simulink environment. Obtained trajectory tracking results show that, by using the proposed control scheme, the control system exhibits fast and high accuracy performance. Simulation results of several trajectory tracking scenarios for a cylindrical robot manipulator are also given