Motion control design for functionally related systems
Fonksiyon bağıntılı sistemlerde hareket kontrol tasarımı
- Tez No: 420265
- Danışmanlar: PROF. DR. ASIF SABANOVIC
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 210
Özet
Çoklu sistemler tarafından yapılması istenen karmaşık bir görev, sistemlerin durumları ve çıktıları arasında fonksiyonel bağımlılıklar uygular. Bu fonksiyonel bağımlılıklar, fiziksel olarak ayrık olsa bile, 'sanal' olarak birbirine bağlı alt sistemler yaratır. İstenilen görevin doğası gereği alt sistem bileşenleri arasında fonksiyonel bağıntılar tanımladığı için bu alt sistem bileşenlerini 'fonksiyon bağlantılı sistemler' olarak adlandırmaktayız. Bu tez fonksiyon bağıntılı sistemler için hareket kontrolü tasarımını incelemektedir. Tasarım, icra edilmek istenen fonksiyonların belirlenmesini ve bu fonksiyonların referanslarını takip edecek kontrol formülasyonunu içermektedir. Asıl amaç, fonksiyon uzayında birim kontrol dağıtım matrisini elde etmek ve her bir fonksiyon için arzulanan dinamiği tatbik etmektir. Ancak bu dağıtım fiziksel ayrıklığa dayalı değil, bilakis fonksiyonlara dayalı yapılmaktadır. Çalışma kapsamında, kontrol edilen sistemin konfigürasyon uzayında tanımlı dinamiği uygun şekilde seçilen bir dönüşümle fonksiyon uzayına dönüştürülmüş ve fonksiyon uzayında birim kontrol dağıtım matrisine sahip ve istenilen dinamiği sağlayacak bir yapı elde edilmiştir. Bu durum, Jakobi matrisi kullanılarak konfigurasyon uzayındaki hızların fonksiyon uzayına izdüşümüyle ve fonksiyon Jakobi matrisinin yalancı tersi kullanılarak kontrol işaretlerinin fonksiyon uzayından konfigürasyon uzayına dönüşümüyle gerçeklenmiştir. Sunulan yaklaşımda fonksiyon Jakobi matrisinin herhangi bir sağ yalancı tersi kullanılabilmektedir. Bu tez kapsamında, ağırlık matrisinin rastgele seçilebildiği, ağırlıklı yalancı ters önerilmiştir. Fonksiyon uzayındaki kontrol girdilerinin sentezi için uygun herhangi bir kontrol metodu kullanılabilir ve bu tez kapsamında üç kontrol yöntemi kullanılmıştır. Bunlar bozucu gözlemcisi tabanlı kontrol, kayan kipli kontrol ve eşdeğer kontrol kestirimi tabanlı kontrol yöntemleridir. Bu yöntemlerin hepsi fonksiyon uzayında kararlı ve dayanıklı kontrol sağlamaktadır. Kontrol tasarımı için önerlilen yaklaşım deneylerde ve simulasyonlarda test edilmiştir. Piezoelektrik yürüyücüler üzerindeki deney sonuçları nanometrik hassasiyetli konumlandırmanın elde edilebildiğini göstermiştir. İki pantograf sistemi kullanılarak yapılan görev deneylerinde, eş zamanlı tutma kuvveti ve hareket kontrolü yapılabildiği gösterilmektedir. Farklı görev tanımlarına sahip değişik robotik sistemleri içeren ve mobil robotların formasyon kontrolünü gösteren simulasyon sonuçları önerilen yöntemlerin başka ilgi çekici senaryolar karşısındaki potansiyelini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
When a complex task has to be performed by multiple systems, it imposes functional dependencies between the states and outputs of the systems. These functional dependencies create a system of 'virtually' interconnected subsystems, even though they may be physically separated. The component subsystems within the overall system we call 'functionally related systems', since nature of the task of the system is defining functional relations between the system components. This dissertation deals with motion control design for functionally related systems. The design is based on identifying functions to be executed within a task and design of control to make these functions follow their references. The main goal is to obtain unit control distribution matrix in the function space and enforce a desired dynamics for each of the identified functions. However, the decoupling is not based on physical separation, but rather on the functions. By transforming the configuration space dynamics of the controlled system to the function space, it is shown that by properly selected transformation one can obtain the desired structure of the dynamics in the function space which has identity control distribution matrix. This was done by projecting the configuration space velocities to the function space by the function Jacobian matrix, and having transformation of the control signals from the function space back to the configuration space by a right pseudoinverse of the function Jacobian matrix. In the presented approach, any right pseudoinverse of the function Jacobian matrix can be used. A weighted pseudoinverse is proposed in this dissertation; thus, a weighting matrix can arbitrarily be selected. While any appropriate control method can be used for control input synthesis in the function space, three control methods were employed in this dissertation. These are disturbance-observer-based control, sliding mode control, and control based on the equivalent control estimation. All these methods provide stable and robust control in the function space. The proposed approach for control design is tested in experiments and simulations. Experimental results on a piezoelectric walker showed that nanometric precision positioning can be achieved. In experiments for tasks including two pantograph manipulators, results validated the presented approach allowing simultaneous grasping force and motion control. Simulation results for different tasks including different robotic manipulators and for the formation control of mobile robots showed the potential of our proposed methods in some other interesting scenarios as well.
Benzer Tezler
- Sismik taban yalıtımı ve enerji sönümleyici sistemlerin mimari tasarıma etkileri
Effects of seismic base isolation and energy damping systems on architectural design
HİLAL GÜNAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET TORUNBALCI
- Aktif ve pasif yapı kontrolü
Active and passive structural control systems
ÖZGÜL ZOBU
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. NECMETTİN GÜNDÜZ
- Eksenel fonksiyonel derecelendirilmiş rotor pallerinin titreşim analizi
Vibration analysis of axially functionally graded rotor blades
BURAK KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR
- Hücresel nöral ağlar ve uygulamaları
Cellular neural networks and applications
SEVİLAY ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. I. CEM GÖKNAR