Control of an underactuated system around a periodicorbit
Eksik tahrikli bir sistemin periyodik yörünge çevresindekontrolü
- Tez No: 527474
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AFŞAR SARANLI, DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA MERT ANKARALI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 82
Özet
Yarı periyodik davranış biyolojik ve robotik sistemlerde hareketin en önemli yapı unsurlarından biridir. Bu tarz davranışları tarif eden dinamikler genellikle yüksek derecede doğrusal değil ve eksik tahriklidir. Böyle sistemlerdeki yarı periyodik davranışı incelemenin bir yöntemi de bu sistemleri periyodik yörüngeler etrafında doğrusallaştırmaktır. Bu doğrusallaştırma sonucu periyodik yörüngenin yakınında geçerli doğrusal zamanla periyodik değişen (DZPD) bir sistem elde ederiz. DZPD sistemlerin incelenmesi ve kontrolü son on yılda ilgi kazanmış olup çeşitli yöntemler ortaya çıkmıştır. Bu yöntemlerin bir tanesi de, bu tezde de odaklandığımız harmonik denge yaklaşımıdır. Literatürde harmonik denge ve harmonik transfer fonksiyonları çoğunlukla sistem tanılaması amacıyla kullanılmakta olup kontrol amacıyla bu yaklaşımları kullanan çok az yöntem vardır. Bu tezde, eksik tahrikli doğrusal olmayan robotik sistemlerde kararlı periyodik davranışlar oluşturabilecek bir kontrol yöntemi öne sürüyoruz. Öncelikle, elimizdeki sistem tarafından takip edilebilecek bir referans yörüngesi oluşturup bu yörüngeyi sağlayacak açık döngü kontrolcüsünü elde ediyoruz. Daha sonra, hareket denklemlerini bu periyodik yörünge etrafında doğrusallaştırarak doğrusal olmayan sistemin DZPD yakınsamasını elde ediyoruz. Son olarak da, elde edilen DZPD sistemin harmonik denge yöntemi ile elde edilmiş doğrusal zamanla değişmez (DZD) temsili üzerinden özdeğer optimizasyonuna dayanan DZD bir durum geri beslemesi kontrol kuralı öne sürüyoruz. Bu yöntemi literatürde çokça kullanılan araba-sarkaç modeli üzerinde simulasyon ortamında kararlı ve kararsız denge noktaları etrafında tanımlanmış periyodik yörüngelere uyguladık. Kararlı denge noktası etrafındaki periyodik yörüngeler için, sistem performansını geliştiren ve periyodik yörüngedeki konum, genlik ve faz değişikliklerini takip edebilen başarılı sonuçlar elde ettik. Kararsız denge noktası etrafındaki periyodik yörüngeler içinse, kararlı periyodik yörüngeler ve gelecek çalışmalar için umut vaadeden sonuçlar elde ettik.
Özet (Çeviri)
Quasi-periodic behavior is one of the most important fundamental building blocks for locomotion in biological (and robotic) systems. The dynamics that govern the motion of such behaviors are generally highly nonlinear and underactuated. One method of analyzing the quasi-periodic behaviors of such systems is to linearize the system around these periodic trajectories. Such a linearization provides us a linear time periodic (LTP) system around the neighborhood of the periodic orbit. Analysis and control of LTP systems has gained some attention in the last decade and various methods have emerged for this purpose. One of these methods, which we focus on this thesis, is the harmonic balance approach. In the literature harmonic balance and harmonic transfer functions based approaches have been mostly utilized in system identification. There are very few methods that adopt these approaches for control and stabilization purposes. In this thesis, we propose a control method which can generate stable periodic behaviors for underactuated nonlinear robotic systems. We first generate a reference periodic orbit that can be tracked by the given system and find the open-loop control input that can achieve this trajectory. We then linearize the equations of motion to obtain an LTP representation around the given periodic orbit. Finally, we propose a linear time invariant state feedback control law based on eigenvalue optimization of the lifted LTI representation of the LTP system (harmonic balance). We applied our method on the widely used cart-pendulum example in simulation environment for limit cycles around both stable and unstable equilibrium points. We obtained succesful results for limit cycles around the stable equilibrium point enhancing system performance and tracking position, amlitude and phase changes in the limit cycle. For limit cycles around the unstable equilibrium point, we obtained stable periodic orbits and promising directions for future studies.
Benzer Tezler
- Adaptive control of a novel tilt-roll rotor quadrotor UAV
Adaptif dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi ve kontrolü
ABDULKERİM FATİH ŞENKUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- 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
- Dynamic modeling and control of underactuated planar bipedal walking
Eksik tahrikli düzlemsel iki bacaklı yürümenin dinamik modellenmesi ve kontrolü
SAİT SOVUKLUK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
PROF. DR. ULUÇ SARANLI
- Acrobot donanımı gerçeklemesi
Acrobot hardware implementation
MURAT KASAP
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ABDURRAHMAN KARAMANCIOĞLU
- Design, implementation and control ofan underactuated hand exoskeleton
Başlık çevirisi yok
MİNE SARAC STROPPA
Doktora
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolScuola Normale Superiore di PisaDR. ANTONİO FRISOLI