Pan-tilt sistemi için çok değişkenli oransal integral türevsel kontrol tasarımı
Multivariable proportional integral derivative control design for Pan-tilt system
- Tez No: 546536
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AKIN DELİBAŞI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Mekatronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 48
Özet
Bu çalışmada, pan-tilt sistemine etki eden harici kuvvetlere karşı kararlılık, farklı kontrol yapıları ile sağlanmaya çalışılmaktadır. Pan-tilt sistemi oldukça geniş alanlarda ve farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Özellikle, bulunduğu platform hareket ederken belirli bir hedefe bir sensörle (kamera, lazer mesafe bulucu vb.) işaret etme ihtiyacı için kullanılabilmektedir. Pan-tilt sistemi, eyleyiciler tarafından tahrik edilen iki döner (pan ve tilt) ekleme sahiptir. Matematiksel eksen takımına göre, pan kısmı sistemi z ekseninde (yalpalama) ve tilt kısmı sistemi x ekseninde (yuvarlanma) döndürmektedir. Kontrol yapısı tasarlamak için sistem yapısı hakkında bilgiye ihtiyacımız vardır. Bu çalışmada sistem modeli iki yöntem kullanılarak elde edilmektedir. Birinci yöntem, sistemi matematiksel denklemlerle ifade etmektir. Pan-tilt sistemi, iki serbestlik dereceli bir robotik sistem olduğundan dolayı, Lagrange-Euler denklemi ile modellenebilmektedir. Sistem modellemede ikinci yöntem ise sistem tanımlama (system identification) ve parametre kestirimi (parameter estimation) yöntemidir. Sistem tanımlama yönteminde, sistem modelinin transfer fonksiyonunu elde etmek için deneysel verilerden yararlanılmaktadır. Parametre kestirim yönteminde ise, matematiksel denklemlerle parametrik olarak tanımlanan sistem yapısının (transfer fonksiyonu veya durum uzay modeli) parametre değerleri kestirilmeye çalışılmaktadır. Pan tilt sisteminin donanım yapısı; iki adet eyleyici, ana mekanik platform, iki adet programlanabilir kart ve MEMS (Mikro-Elektriksel-Mekaniksel Sistem) sensöründen oluşmaktadır. Sistemin eyleyicisi için, enkoderli ve redüktörlü dc motor tercih edilmiştir. Deneylerde kullanılan pan tilt sisteminin mekanik parçaları, SOLIDWORKS programında tasarlanarak üç boyutlu yazıcıdan çıktı alınmaktadır. Pan tilt sisteminin ana işlemcisi, STMicroelectronics yarıiletken firmasının ürettiği STM32F407 arm tabanlı mikro işlemcidir. Diğer programlanabilir kart ise açık kaynak elektronik platform olan Arduino'dur. Bu çalışmada Arduino, platformun açı bilgilerini MEMS sensöründen okumak için kullanılmaktadır. MEMS sensörü; açı ölçer, ivme ölçer ve pesula sensörlerinin bir bordda birleştirilmesiyle oluşmaktadır. Pan tilt sistemi iki girişli üç çıkışlı olmak üzere ÇGÇÇ bir sistemdir. Bu sistemi kontrol etmek için farklı yapılardaki iki yöntem (merkezi-coupled ve merkezi olmayan-decoupled ÇGÇÇ) karşılaştırılmaktadır. Birinci yöntem; sistem temel olarak iki ortagonal yapının yanca ve yükselişcedeki hareketinin kontrolü olarak kabul edildiğinde iki sistem birbirinden ayrılabilir. Bu şekilde sistem iki tane tek giriş tek çıkış (TGTÇ) yapı olarak ayrıştırılıp incelenerek kontrol yapısı tasarlanabilmektedir. Böylece bu iki yapı birbirlerinden bağımsız olarak kontrol edilebilmektedir. Bu TGTÇ kontrolcü için PID ve LQR yöntemleri karşılaştırılmaktadır. İkinci yöntem ise; sistem mükemmele yakın imal edilerek ortagonal konumlandırılsa bile, eksenlerin açısal hız etkileri yüksek atalette ihmal edilemez boyutlara gelebilmektedir. Yani herhangi bir eksene uygulanan giriş gerilimi sadece kendi eksenini değil diğer eksenleri de etkileyebilmektedir. Bu yapı merkezi ÇGÇÇ sistem olarak isimlendirilmektedir. ÇGÇÇ kontrolcü parametrelerinin belirlenmesi için literatürde birçok yöntem bulunmaktadır. Statik Çıkış Geri Besleme (SÇG) ve Statik Durum Geri Besleme (SDG) yöntemleri araştırılmaktadır. Bu çalışmada; merkezi ÇGÇÇ kontrol yapılarından SÇG yöntemi ve merkezi olmayan ÇGÇÇ kontrolcü yapıları için Ziegler-Nichols tabanlı PID yöntemi karşılaştırılıp sonuçlar sunulmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, the stability against external forces acting on pan-tilt system is tried to be provided with different control structures. Pan-tilt system is used in very large areas and different applications. In particular, The platform where it is located can be used for the need to indicate a sensor(camera, laser, etc.) to a spesific target while moving. The pan-tilt system has two rotary part (pan and tilt), driven by actuators, with two degrees of freedom. According to the mathematical axis set, the pan part rotates the system in the z-axis (yawing) and the tilt part rotates the system in the x-axis (rolling). We need information about the system model to design the control structure. In this study, the system model is obtained by using two methods. The first method is to express the system with mathematical equations. Since the pan-tilt system is a two degree of freedom robot system, it can be modeled by the Lagrange-Euler equation. The second methods for system modeling are system identification and parameter estimation. In the system identification method, experimental data are used to obtain the transfer function of the system model. In the parameter estimation method, the parameter values of the system structure (transfer function or state space model) which is defined parametrically with mathematical equations are tried to be estimated. Hardware structure of pan tilt system; two actuators, main mechanical platform, two programmable cards and MEMS (Micro-Electrical-Mechanical System) sensor. For the actuator of the system, dc motor with encoder and gearbox is preferred. Mechanical parts of the pan tilt system used in the experiments are designed in the SOLIDWORKS program and output is printed on the three-dimensional printer. The main processor of the pan tilt system is the STM32F407 arm based microprocessor manufactured by the STMicroelectronics semiconductor company. The other programmable card is Arduino, an open-source electronic platform. In this study, Arduino is used to read the angle information of the platform from the MEMS sensor. MEMS sensor; gyroscope, accelerometer and magnetometer sensors are formed by combining a board. Pan tilt is a system with two inputs and three outputs. In order to control this system, two methods in different structures (coupled and decoupled MIMO) are compared. The first method; the two systems can be separated as the system is basically considered as the control of the movement of the two orthogonal structures in the highway and sideway movement. In this way, the system can be divided into two single input single output (SISO) structures and the control structure can be designed. Thus, these two structures can be controlled independently of each other. PID and LQR methods are compared for this SISO control. The second method; Even if the system is positioned close to perfection and positioned orthogonal, the angular velocity effects of the axes can be negligible in high inertia. That is, the input voltage applied to any axis can affect not only its axis but also other axes. This structure is called as the coupled MIMO system. There are many methods in the literature for the determination of the MIMO control parameters. Static output feedback (SOF) and static state feedback (SSF) methods are investigated. In this study; SOF base method of coupled MIMO methods are compared with Ziegler-Nichols based PID method for decoupled SISO controler design.
Benzer Tezler
- Gürbüz kararlılık ve gürbüz performans odaklı kontrol teorisi geliştiriılmesi ve uygulamaları
Development of robust stability and robust performance based control theory and applications
BURAK KÜRKÇÜ
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. COŞKU KASNAKOĞLU
- Video processing algorithms for wildfire surveillance
Orman yangını gözetleme amaçlı video işleme algoritmaları
OSMAN GÜNAY
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. ENİS ÇETİN
- Design and implementation of a head tracking controlled pan and tilt vision system
Kafa takibi sistemi ile kontrol edilebilen pan-tilt kamera sisteminın modellenmesi
HASAN ÖLMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN İLHAN KONUKSEVEN
YRD. DOÇ. DR. AHMET BUĞRA KOKU
- İnsansı robot kontrolü için operatör hareketleri algılama sistemi
Operator motion detection system to control humanoid robots
KEMAL GÜVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiBaşkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ANDAÇ TÖRE ŞAMİLOĞLU
- Mean-shift analysis for image and video applications
Resim ve video uygulamaları için ortalama değer kayması analizi
HALİL İBRAHİM CÜCE
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF.DR. AHMET ENİS ÇETİN