Sarkaç tipi vinç sistemi için meta sezgisel algoritmalar ile LQR denetleyici tasarımı ve performans karşılaştırması
LQR controller design and performance comparison with metaheuristic algorithms for the gantry crane system
- Tez No: 721035
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR CONKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İskenderun Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Tez çalışması ile sarkaç tipi tepe vinç sistemi için Doğrusal Kuadratik Düzenleyici (LQR) denetleyicinin kontrol parametreleri için Genetik Algoritma (GA), Yapay Arı Kolonisi (ABC), Titreşimli Parçacıklar Sistemi Algoritması (VPS), Büyük Patlama-Büyük Çöküş Algoritması (BB-BC) ve Termal Değişim Optimizasyon (TEO) algoritmalarının tasarım ve performans analizleri detaylı olarak sunulmaktadır. Optimizasyonun amacı vinç arabası istenilen konuma en kısa sürede ulaşırken, sarkaç salınımlarını ortadan kaldıracak bir LQR denetleyici tasarlamaktır. Bu amaca uygun olarak ve kontrol yanıtlarının parametrelerini göz önünde bulundurarak yeni bir çoklu amaç fonksiyonu tasarlanmaktadır. Optimizasyon için kullanılan algoritmalar arasında yer alan VPS, BB-BC ve TEO algoritmaları ilk kez sarkaç tipi tepe vinç sisteminin hareket kontrolü için kullanılmış ve geleneksel GA ve ABC algoritmaları ile karşılaştırılmıştır. En başarılı optimizasyon sonuçlarını elde etmek için, Genetik Algoritma, Yapay Arı Kolonisi, Titreşimli Parçacıklar Sistemi Algoritması, Büyük Patlama-Büyük Çöküş Algoritması ve Termal Değişim Optimizasyon algoritmalarının altı farklı popülasyon veya parçacık boyut değeri (10-60) için 100 iterasyonda incelenmektedir. Ayrıca Yapay Arı kolonisi, Büyük Patlama-Büyük Çöküş ve Termal Değişim Optimizasyon algoritmalarının başlangıç parametreleri iki bağımsız değişken incelenerek elde edilmiştir. GA, ABC, VPS, BB-BC ve TEO algoritmalarının birbiri ve optimize edilmemiş Doğrusal Kuadratik Düzenleyici ile karşılaştırılmaktadır. Benzetim çalışmaları ile elde edilen en iyi konfigürasyonlar deneysel olarak doğrulanmaktadır. Tez çalışması ile ulaşılan sonuçlar, kontrol yanıt parametreleri (yükselme zamanı, oturma zamanı vb.) ve önemli istatiksel performans değerlendirme (Ortalama Mutlak Hata (MAE), Ortalama Kare Hata (MSE), Kök Ortalama Kare Hata (RMSE) ve maksimum hata) kriterleri incelenerek değerlendirilmiştir. Optimizasyon sonuçlarına göre, sarkaç arabasının kararlı durum hatası ortadan kaldırılmış ve oturma süresinde %52,46 iyileşme sağlanmıştır. Ayrıca sarkaç açısının oturma süresinde %73,81'e varan iyileştirme sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
In the thesis, the design and performance analysis of Genetic algorithm (GA), Artificial Bee Colony (ABC), Vibrating Particle System (VPS) and Big Bang-Big Crunch (BB-BC) and Thermal Exchange Optimization (TEO) algorithms for the control parameters of the Linear Quadratic Regulator (LQR) controller for the pendulum type gantry crane system are presented in detail. The aim of the optimization is to design an LQR controller to follow the command of the desired position as soon as possible and eliminate pendulum oscillations. To address this problem and to provide a solution, is designed the novel multi-objective function considers the significant parameters of the control responses. Vibrating Particle System, Big Bang-Big Crunch and Thermal Exchange Optimization algorithms, which are among the algorithms used for optimization, were used for the first time for the motion control of the single pendulum gantry system and compared with the traditional of Genetic algorithm and Artificial Bee Colony algorithms. To achieve the most successful optimization results, six distinct populations or particle size values (10-60) of Genetic algorithm, Artificial Bee Colony, Vibrating Particle System and Big Bang-Big Crunch and Thermal Exchange Optimization algorithms have been examined for 100 iterations. In addition, the initial parameters of ABC, BB-BC, and VPS algorithms were obtained by examining two independent variables. GA, ABC, VPS, BB-BC, and TEO algorithms were compared with each other and with non-optimized LQR. The best configurations obtained by simulation studies are verified experimentally. The results obtained by the study were evaluated by examining the control response parameters (rise time, settling time, overshoot, peak time, etc.) and important statistical performance evaluation criteria (Mean Absolute Error, Mean Squared Error, Root Mean Square Error). According to the pre-design results, the steady-state error of the pendulum cart was eliminated and 52.46% improvement was achieved in settling time. In addition, an improvement of up to 73,81% was achieved in the settling time of the pendulum angle.
Benzer Tezler
- Sarkaç tipi dalga enerji sistemi hidrodinamik performansının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
Examining the hydrodynamic performance of a pendulum type wave energy system numerically and empirically
FATİH ALVER
Doktora
Türkçe
2024
Deniz BilimleriKaradeniz Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BETÜL SARAÇ
- Design of crank-rocker type fourbar mechanisms input-output curve generation
Kol-sarkaç tipi dört uzuvlu mekanizmaların hareket eğrisi için tasarımı
ERDEM GÖKKUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EREZ SÖYLEMEZ
- Prototip bir sarkaç tipi darbe test cihazı tasarımı ve farklı alüminyum alaşımlarının kırılma özelliklerinin belirlenmesi
A prototype pendulum type impact tester design and determination of fracture properties of different aluminium alloys
MUSTAFA ÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM SAVAŞ DALMIŞ
- Use of friction pendulum isolator to improve the earthquake response of steel building
Çelik bir binanın deprem davranışının iyileştirilmesinde sürtünmeli sarkaç tipi izolatör kullanımı
AWS WAJEEH ABDULLAH ABDULLAH
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesiİnşaat Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA METE GÜNEYİSİ
- Alternatif sismik izolasyon cihazı (FPS) sürtünmeli sarkaç tipi deprem izolatörlerinin Bolu viyadüğünde uygulanabilirliğinin ve performanslarının araştırılması
The Applicability and performance of displacement of the friction pendulum system (FPS) which consist of alternative bearings for retrofit of the Bolu viaduct
SERDAR ALTIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Deprem MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüDeprem ve Yapı Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EREN M. UÇKAN