Optimal nonlinear controller design for flexible robot manipulators
Esnek robot kolları için doğrusul olmayan optimal denetleyici tasarımı
- Tez No: 181259
- Danışmanlar: PROF. DR. YORGO İSTEFANOPULOS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Bu şalısmanın temel amacı, iki eklemli esnek robot kolu işin doËrusal olmayan,c. c guyarlamalı ve dayanıklı denetleyiciler gelistirmektir. Modellemedeki doËruluk prob-g.lemlerini asmak ve daha sonra karsılastırabilmek işin iki farklı modelleme yüntemic o. ..kullanılmıstır. Bunlar sırasıyla, derecesi azaltılmıs-yaklasık FEM (Sonlu Elemanlar. . .Yüntemi) ile eksiksiz tam bir modellemeye yatkın PDE (Kısmi Türevsel Denklemler)o uyüntemleridir. FEM yüntemi titresim kiplerinin kırpılmasını (modal truncation) gerek-o o .tirdiËi işin bilinmeyen bozanetkenler, doËrusal olmayan ï¬ziksel sistemin uretebileceËi,gc g ü gËancak ihmal edilen titresimin yüksek frekanslı kiplerini uyarabilir. Ikinci yaklasım iseu. .esnek robot kollarını tam olarak modelleyebilmek işin PDE yüntemini kullanmaktır.c oEsnek linklerin haï¬ï¬ik, düsuk eylemsizlik momenti ve yüksek üz frekans gibi ünemliu. ü u o oüzelliklerini gelistirmek işin, optimal bişim tasarımı sonucu kesit alanları birbişimli ol-o c c c.mayan linkler kullanılabilir. Ayrıca, esnek robot kolunun hızlı hareketinin ciddi titresim.sorunlarına neden olmaması ve kararlı uş-yük denetimi işin gerekli olan büyük bantcu c uugenisliËini; yüksek üz frekans saËlar..g u o gBu şalısmanın ünemli sonuşlarını, esnek robot kolunun katı kiplerinin dayanıklıc. o cdenetimi ve esnek titresimlerinin sünümlendirilmesi olarak üzetleyebiliriz. FEM yakla-ou o.sımında bu amacı gerşeklestirmek işin dinamik durum geribeslemeli denetleyici kulla-c c. .nılmıstır. Arastırmanın ilk bülümünde, esnek kolların ihmal edilen yüksek frekanslı kip-ou u u. .leri yanısıra uş-yük deËisikliËi gibi tamamıyla bilinmeyen bozanetkenlere raËmen eniyicu g. g gdenetim işin Uyarlanır Dahili Model (UDM) yaklasımı deËistirilerek uygulanmıstır.c g.. .Ayrıca, kapalı-düngü sistemin kararlılıËını saËlamak işin, UDM ile paralel şalısan da-ou g g c c.yanıklı bir denetleyici de ek olarak tasarlanmıstır. Bu paralel denetleyici, UDM ile.ilk kez bu arastırmada birlikte kullanılmıs olup, sistemin doËrusal olmayan yapısıg. .viiida güz ününe alınarak, yeni ve verimli bir evrimsel algoritma yardımıyla basarılı biro ou .sekilde eniyilestirilmistir. Arastırmanın ikinci bülümünde ise (PDE), tasarım gereËiou u g. . . .düzgün olmayan kesit alanlı, iki eklemli esnek robot kolunun denetimi, Lyapunovuuyüntemi kullanılarak gelistirilmistir. Daha ünce yayınlanmıs diËer yaklasımların aksine,o o .g. . .titresim kiplerinin kırpılmasını (modal truncation) yapmaksızın, kapalı-düngü sisteminou.sonusurda kararlılıËının kanıtında, sonsuz boyutlu sistemler işin LaSalle deËismezlikg c g..ilkesi kullanılmıstır. Bununla birlikte, uş-yük yada omuz kütlesi deËismesi gibi bü-cu u g. u.yük parametre deËisiklikleri, doËrusal olmayan PDE denetleyici tarafından basarıylau g. g .dayanıklı bir sekilde dengelenmistır.. .
Özet (Çeviri)
Developing nonlinear adaptive and robust controllers for a two-link ï¬exible robotarm is the main objective of this research. Two diï¬erent modelling techniques areused to overcome model accuracy problems and these two are evaluated comparatively.These are FEM(Finite Element Method) as a reduced order-approximate model andPDE(Partial Diï¬erential Equations) approach as an exact model. Since FEM modelneeds modal truncation, unknown disturbances can excite neglected high-frequencymodes generated by the nonlinearities of the plant. The second approach is modellingthe ï¬exible robot arms by PDE which are known to provide exactness. In order toimprove the important features of ï¬exible links such as low mass and moments ofinertia and high natural frequencies, optimal shape design can result in nonuniformcross-section of links. Furthermore, a high fundamental frequency is desired sinceit implies a large bandwidth that will allow for fast motion without causing seriousvibration problems and for stable endpoint control.The main results of the study are robust regulation of the rigid modes and sup-pression of elastic vibrations of the ï¬exible robot arm. The dynamic state feedbackcontroller is used to achieve this goal in FEM approach. In the ï¬rst part of this re-search the adaptive internal model approach, in parallel with a robust stabilizer, hasbeen modiï¬ed to manage totally unknown disturbances that can include neglectedhigher modes of the uniform ï¬exible links as well as large parameter uncertainties suchas tip mass changes. The stabilizer part of the controller which has been introducedfor the ï¬rst time in this research in conjunction with nonlinear systems, is optimizedvisuccessfully with a new eï¬cient evolutionary algorithm. In the second approach (PDE)of this research, the control of a two-link ï¬exible arm with nonuniform cross-section bydesign is improved by employing the Lyapunov method. LaSalle?s invariance principle,extended for inï¬nite dimension, is used in order to prove the asymptotic stability ofthe closed loop system without any modal truncation as opposed to former approachesin literature. Besides, large parameter uncertainties such as tip and hub mass changesin PDE approach are also handled eï¬ectively by the proposed nonlinear controller.
Benzer Tezler
- DÖRT ROTORLU İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI İÇİN VERİYE DAYALI KONTROL SİSTEM TASARIMI
DATA DRIVEN CONTROL SYSTEM DESIGN FOR QUADROTOR UNMANNED AERIAL VEHICLES
ATAKAN YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN
- Learning of interval Type-2 fuzzy logic systems using big bang – big crunch optimization
Aralık değerli Tip-2 bulanık sistemlerin büyük patlama – büyük çöküş optimizasyonuyla eğitilmesi
CİHAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ENGİN YEŞİL
- Duruma bağlı Riccati denklemi (SDRE) temelli kontrol yöntemi ve SDRE'nin yaklaşık çözümü
State dependent riccati equation (SDRE) based control method and approximate solution of SDRE
HAFSA CEREN DEMİRCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN
- Gemi manevra modeli ve sapma açısının kontrolü
Ship manoeuver model and heading angle control
ABDULLAH TÜYSÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN
- Evaluation of model-based predictive control methods in high-speed automated ground vehicle path following
Yüksek hızlı bir otonom kara taşıtının yörünge takibinde model bazlı öngörülü kontrol yöntemlerinin değerlendirilmesi
VOLKAN BEKİR YANGIN
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGEN AKALIN