Angular motion estimation and its application to the stabilization of a ballbot
Açısal hareket kestirimi ve bir ballbotun stabilizasyonunda kullanımı
- Tez No: 444556
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ÜNEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 135
Özet
Güvenilir açısal hareket kestirimi, sensör teknolojilerindeki dikkate değer gelişmeler ve robotik platformların stabilizasyonu gibi birçok kontrol uygulamasındaki ihtiyaçlardan dolayı son yıllarda ciddi ilgi toplamıştır.Bu tezde, ataletsel ölçüm birimi (AÖB) ölçümlerinin füzyonu ile Euler açılarını,hızlarını ve ivmelerini içeren güvenilir açısal hareket kesitirimi için, genişletilmiş bir Kalman filtresi (GKF) ve klasik bir Kalman filtresinin (KF) bir usta-yamak biçiminde bütünleştirildiği özgünn bir usta-yamak Kalman filtresi sunulmuştur. Kestirilen açısal hareket sinyalleri, üç adet her yöne hareket edebilen çarklar ile sürülen tek bir küresel tekerlekli seyyar bir platform olan ballbotun dengeleme ve konumlama kontrolünde geribildirim olarak kullanılmıştır. Kestirim ve kontrol algoritmalarını uygulamak için deneysel bir ballbot sistemi tasarlanıp üretilmiştir. Ayrıca, ballbotun doğrusal olmayan dinamik modeli Euler-Lagrange formülasyonu kullanılarak türetilmiştir ve dengeleme ve konumlama kontrolcüleri tasarlanmıştır. Kontrolcülerin gürbüzlüğü, sisteme yüksek sertlik sağlamak için ivme geribildirimi ile güçlendirilmiş iç içe geçmiş kontrol döngülerinin kullanımı ile sağlanmıştır. Önerilen füzyon ve kontrol algoritmalarının etkinliği benzetim ve deneylerle onaylanmış olup, konvensiyonel PD kontrolörü ile performans karşılaştırması da yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Reliable angular motion estimation have received significant attention in recent years due to remarkable advances in sensor technologies and related requirements in many control applications including stabilization of robotic platforms. The goal of the stabilization control is to maintain the desired orientation by rejecting external disturbances. In this thesis, a novel master-slave Kalman filter is proposed where an extended Kalman filter (EKF) and a classical Kalman filter (KF) are integrated in a masterslave configuration to estimate reliable angular motion signals including Euler angles, rates and accelerations by fusing measurements of an inertial measurement unit (IMU). Estimated angular motion signals are used as feedback in both balancing and position control of a ballbot, which is a single spherical wheeled mobile platform driven with three omniwheels. An experimental ballbot system is designed and constructed for implementing estimation and control algorithms. Furthermore, nonlinear dynamical model of the ballbot is derived using Euler-Lagrange formulation, and balancing and position controllers are designed. Robustness of the controllers is achieved by employing cascaded control loops enhanced with acceleration feedback (AFB) to provide higher stiffness to the system. Effectiveness of the proposed fusion and control algorithms are validated by several simulations and experiments where performance comparison with a conventional PD controller is also made.
Benzer Tezler
- Navigasyon hassasiyetini arttırmak için ataletsel ölçüm birimine tamamlayıcı filtre uygulanması
Implementation of complementary filter to inertial measurement unit to increase navigation sensitivity
MEHMET EMİN OKUDAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT
- Vektör kontrollü yöntemi ile denetime yönelik bir asenkron makina modeli
An Induction machine model for vector control methods
CEM TOLGA DURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ATİLLA BİR
- Frezeleme işlemi sırasında iş parçasındaki sıcaklık dağılımının analizi
Thermal analysis of work piece during milling process
TAYGUN RECEP GÜNGÖR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
- 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
