Stochastic analysis and adaptive control studies in legged systems
Bacaklı sistemlerde stokastik analiz ve adaptif kontrol çalışmaları
- Tez No: 736251
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA MERT ANKARALI, PROF. DR. ULUÇ SARANLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Eksik tahrikli bacaklı robotlar, hem temel prensipleri hem de sistem tanımlama yaklaşımlarını kullanarak sistem dinamiklerini doğru bir şekilde modellemede önemli zorluklar yaratan oldukça doğrusal olmayan ve karmaşık dinamik davranışları tasvir eder. Bu nedenle, hatalı modelleme nedeniyle stabilize edici kontrolcülerin tasarımı daha zor hale gelir. Matematiksel modellerdeki fiziksel parametrelerin, tanımlama ve modelleme süreçlerindeki belirsizlik nedeniyle yanlış kalibrasyonlara sahip olduğunu varsayalım. Bu durumda, tasarlanan kontrolcüler kötü performans gösterebilir ve hatta kararsız tepkilere neden olabilir. Ayrıca bu parametreler çalışma ve çevre koşulları nedeniyle zaman içinde değişebilir. Bu bağlamda, yeni koşullara tepki olarak davranışını değiştiren canlı bir organizmaya benzer şekilde, modelleme hatalarını telafi etmek için yay sabiti gibi sistem parametrelerini uyarlamak/güncellemek,“kesin”dinamik parametre değerlerine ihtiyaç duymadan kararlı bir yürüyüş seviyesi kontrolcüsü oluşturma avantajı sağlayabilir. Bu tezin ilk bölümü, antilop türlerinden uyarlanan, eksik tahrikli bir düzlemsel hexapod robotun pronking davranışı için çevrimiçi, model tabanlı bir adaptif kontrol yaklaşımı sunar. Sistematik simülasyon çalışmaları, bu adaptif kontrol politikasının, adaptif olmayan model tabanlı ölü vuruşlu denetleyiciye kıyasla, yüksek düzeyde parametre belirsizliklerine karşı dayanıklı olduğunu göstermektedir. Çalışmanın ikinci bölümünde, yarı kararlı bacaklı sistemlerin stokastik kararlılık özelliklerini ölçmek için sigma bazlı dönüşüme dayalı etkin bir kestirim yöntemi önerilmiştir. Kararlılık özelliklerini tahmin etmek için geniş bir başlangıç koşulları kümesi için yüksek boyutlu durum uzayı kesiklileştirilmesini gerektiren önceki yöntemlerin aksine, bu çalışma, daha az deneyle kontrolcü performanslarını değerlendirmeyi ve parametrik bağımlılıkları analiz etmeyi amaçlamaktadır. Önerilen yaklaşımda, gürültü istatistiklerine ilişkin ön bilgileri kullandığı ve deneyler için başlangıç koşullarının bilinçli seçimlerini sağladığı ve bu sayede hesaplama karmaşıklığını önemli ölçüde azalttığı için sigma bazlı dönüşüm kullanılmıştır. Ek olarak, birden fazla belirsizlik kaynağı ve yüksek boyutlu sistem dinamikleri ile başa çıkmayı sağlar Son olarak, önerilen yöntemin kabiliyeti, tek boyutlu bir zıplama mekanizmasının ve bir eksik tahrikli iki ayaklı yürüme simülasyonu analiz edilerek gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Underactuated legged robots depict highly nonlinear and complex dynamical behaviors that create significant challenges in accurately modeling system dynamics using both first principles and system identification approaches. Hence, the design of stabilizing controllers becomes more challenging due to inaccurate modeling. Suppose physical parameters on mathematical models have miscalibrations due to uncertainty in identifying and modeling processes. In that case, designed controllers could perform poorly or even result in unstable responses. Moreover, these parameters can change over time due to operation and environmental conditions. In that respect, analogous to a living organism modifying its behavior in response to novel conditions, adapting/updating system parameters, such as spring constant to compensate for modeling errors, could provide the advantage of constructing a stable gait level controller without needing“exact”dynamical parameter values. The first part of this thesis presents an online, model-based adaptive control approach for an underactuated planar hexapod robot's pronking behavior adopted from antelope species. Systematic simulation studies show that the adaptive control policy is robust to high levels of parameter uncertainties compared to a non-adaptive model-based dead-beat controller. In the second part of the study, an efficient estimation method based on unscented transformation is proposed to quantify the stochastic stability characteristics of meta- stable legged systems. Unlike previous methods requiring high-dimensional state space discretization for a broad set of initial conditions to estimate the stability characteristics, this study aims to assess controller performances and analyze parametric dependencies with fewer experiments. In the proposed approach, the unscented transformation is employed because it utilizes prior knowledge of the noise statistics, and provides informed choices of initial conditions for the experiments, thus, reducing the computational complexity significantly. Additionally, it allows dealing with multiple sources of uncertainties and high-dimensional system dynamics. Finally, the capability of the proposed method is shown via analyzing a one-dimensional hopper and an underactuated bipedal walking simulation with a hybrid zero dynamics controller.
Benzer Tezler
- Şebeke etkileşimli tüketiciler ile toplu talep yönetimi
Aggregated demand side management with grid responsive consumers
MUSTAFA ALPARSLAN ZEHİR
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
- Meme kanseri histopatolojik görüntülerinin derin öğrenme yöntemleriyle sınıflandırılması
Classification of breast cancer histopatological images using deep learning methods
KADİR CAN BURÇAK
Doktora
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKonya Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HARUN UĞUZ
- Hybridization of probabilistic graphical models and metaheuristics for handling dynamism and uncertainty
Değişimin ve belirsizliğin ele alınması için olasılıksal çizgesel biçelerin ve sezgi-üstlerinin melezleştirilmesi
GÖNÜL ULUDAĞ
Doktora
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ŞİMA UYAR
- Kod uyarımlı doğrusal öngörü yöntemi ve stokastik kod defteri arama işlemi için hızlı bir yöntem
Başlık çevirisi yok
H.ZEKİ ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ERDAL PANAYIRCI
- Sistem tanıma ve uyarlamalı kontrol uygulamalarında tekrarlamalı doğrusal denklem takımı çözüm algoritmaları
Recursive linear equation system solution algorithms for system identification and adaptive control applications
METİN HATUN
Doktora
Türkçe
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. OSMAN HİLMİ KOÇAL