Geri Dön

Advanced control system design and analysis for autonomous vehicles

Otonom taşıtlar için ileri kontrol sistemi tasarımı ve analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 1024108
  2. Yazar: BİLAL SEVİM
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUMİN TOLGA EMİRLER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Otomotiv Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering, Automotive Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu çalışma, doğrusal olmayan dinamik kısıtlar ve zorlu yol geometrileri altında otonom araçlar için tasarlanan gelişmiş yol takip kontrol sistemlerinin kapsamlı tasarımını, geliştirilmesini ve geniş kapsamlı performans doğrulamasını sunmaktadır. İlk aşamada; PID, LQR, LQI, ileri besleme ve Parçacık Sürüsü Optimizasyonu tabanlı LQI (LQI-PSO) yapılarını içeren temel geleneksel ve geometrik kontrol yöntemleri, detaylı bir doğrusal olmayan araç ve tekerlek modeli kullanılarak kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. MATLAB/Simulink ortamında yürütülen simülasyon sonuçları, geleneksel metodolojiler arasında LQI-PSO çerçevesinin en yüksek referans yol takip performansını sunduğunu doğrulamaktadır. Standart çalışma koşulları altında takip kabiliyetlerini daha da artırmak amacıyla, geometrik bir direksiyon kontrolörünün yanı sıra Q ve R ağırlık matrislerini çevrimiçi optimize eden bir PSO-P ayarlama yöntemi dahil edilerek bir kombine kontrol yapısı geliştirilmiştir. Bu kombine yapının gürbüz çalışması; İstanbul E-5 Otoyolu'ndan alınan gerçekçi yol verileri ve sert viraj senaryolarını içeren farklı yörüngeler boyunca MATLAB/Simulink ve IPG CarMaker ortamları kullanılarak gerçekleştirilen eş simülasyonlar (Co-Simulation) vasıtasıyla titizlikle doğrulanmıştır. Bir sonraki aşamada ise araç hızının ölçümüne, yanı sıra ön/arka viraj alma rijitlikleri ile araç gövde kayma açısının kestirimine dayalı olarak adaptif bir çevrimiçi kontrol kazancı planlama rutini oluşturmak amacıyla entegre bir kontrol mimarisi geliştirilmiştir. Önceden bir PSO algoritması kullanılarak optimize edilen ve Stanley direksiyon kontrol yasası dahil edilerek geliştirilen bu entegre yapı, üç farklı yörünge boyunca alternatif kontrol düzenlerine karşı kıyaslanmıştır. Kök Ortalama Kare Hata (RMSE) ve İntegral Kare Hata (ISE) kriterleri üzerinden değerlendirilen nicel takip performansı göstergeleri; kombine yapının standart konfigürasyonunda sıkı bir hassasiyet sunmasına rağmen, her iki mimari de senkronize bir kontrol kazancı konfigürasyonu altında değerlendirildiğinde önemli bir paradigma değişimi gerçekleştiğini göstermektedir. Senkronize optimizasyon kazançları altında, entegre mimari kombine şemayı açıkça geride bırakarak yüksek hızlı rota değişimleri sırasında üstün adaptif direncini ve eyleyici pürüzsüzlüğünü matematiksel olarak doğrulamaktadır.

Özet (Çeviri)

This study presents the comprehensive design, development, and extensive performance validation of advanced path tracking control systems tailored for autonomous vehicles under nonlinear dynamic constraints and severe road geometries. Initially, baseline conventional and geometric control methods, including PID, LQR, LQI, feed-forward, and Particle Swarm Optimization-based LQI (LQI-PSO) frameworks, are thoroughly evaluated using a detailed nonlinear vehicle and tire models. Simulation outcomes executed in the MATLAB/Simulink environment confirm that the LQI-PSO framework delivers the highest reference path tracking performance among conventional methodologies. To further elevate tracking capabilities under standard operating conditions, a combined control framework is developed by incorporating a PSO-P tuning method that online optimizes the Q and R weighting matrices alongside a geometric steering controller. This combined framework is rigorously validated using MATLAB/Simulink and IPG CarMaker co-simulations across diverse trajectories, including realistic track data from the Istanbul E-5 Highway and severe curvature scenarios. In the subsequent stage, an integrated control architecture is developed to establish an adaptive online control gain scheduling routine based on measurements of vehicle velocity, based on estimation of front/rear cornering stiffness values, and the vehicle side-slip angle. This integrated framework, optimized beforehand using a PSO algorithm and enhanced by incorporating the Stanley steering law, is benchmarked against the alternative control layouts across three distinct trajectories. Quantitative tracking performance indicators, evaluated through Root Mean Square Error (RMSE) and Integral Squared Error (ISE) criteria, demonstrate that while the combined framework offers tight precision in its standard configuration, a significant paradigm shift occurs when both architectures are evaluated under a synchronized control gain configuration. Under synchronized optimization gains, the integrated architecture explicitly outperforms the combined scheme, mathematically confirming its superior adaptive resilience and actuator smoothness during high-speed path changes.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    752892

    Human factor based advanced driver-assistance system (ADAS) design for electric vehicle

    Elektrikli araç için insan faktörü tabanlı gelişmiş sürücü yardım sistemi (ADAS) tasarımı

    DAĞHAN DOĞAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OVSANNA SETA ESTRADA

  2. Tez No

    782322

    Şerit takip desteği sistemi için fonksiyonel emniyet analizi

    Functional safety analysis for lane keeping assistance system

    EMİR KUDUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İLKER ÜSTOĞLU

  3. Tez No

    885979

    Permanent magnet synchronous motor design and implementation for steer-by-wire systems

    Kablo kumandalı direksiyon sistemleri için sürekli mıknatıslı senkron motor tasarımı ve gerçeklemesi

    SEMİH SADIKOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Okan Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖMER CİHAN KIVANÇ

  4. Tez No

    363877

    Akıllı araçlar kapsamında ileri sürüş destek sistemlerinde sensör füzyonu

    Sensor fusion in advanced driver asistance systems in the scope of intelligent vehicles

    İLKER ALTAY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİLİN AKSUN GÜVENÇ

  5. Tez No

    1024230

    Fırçasız doğru akım motor sürücülerinin farklı modülasyon teknikleri altında tasarımı ve çok kriterli optimizasyonu

    Design and multi-criteria optimization of bldc motor drives under different modulation techniques

    YUSUF BARAN SUBAŞI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE

Geri Dön