Modeling and control of a fully actuated unmanned surface vehicle
Tam tahrikli bir insansız yüzey aracının modellenmesi ve kontrolü
- Tez No: 802845
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, tam tahrikli yeni bir insansız su üstü aracı (İSA) için matematiksel bir model ve kontrol stratejileri sunmaktadır. Biz, model tabanlı zamanla değişen ikinci dereceden düzenleyici (TV-LQR) ile robotun kendi hızını kontrol etmeyi ve düşük frekanslı uzaktan iletişim sinyalleri ile kontrol algoritmasını kontrol algoritmasını yer istasyonundan çalıştırmayı amaçladık. TV-LQR, matematiksel bir modeli göz önünde bulundurarak optimum kontrol algoritmasını hesapladığı için 3 serbestlik derecesinde ayrıştırılmış model, Newton-Euler denklemlerinden ve Fossen'in düşük hızlı İSA varsayımlarından türetilmiştir. MATLAB'ın kısıtlı doğrusal olmayan optimizasyon fonksiyonu deneysel verileri kullanarak bu modelin parametrelerini tahmin etmiştir. Rastgele seçilen doğrulama veri setleri arasındaki parametre dağılımlarını görmek için k-katlı çapraz doğrulama yöntemi uygulanmıştır. Kendi kontrolcü yaklaşımımızı karşılaştırmak için geleneksel PI kontrol algoritması dayanak yöntem olarak seçilmiştir. Bu çalışmanın ana katkıları, yeni bir İSA'nın matematiksel modelinin geliştirilmesi ve model tabanlı TV-LQR kontrolcüsünün gerçek deneylerdeki performans analizidir. Sonuçlar, TV-LQR ve ikinci dereceden programlama tabanlı kontrol ataması ile tam tahrikli hız kontrolünün robotun hız takip performansını iyileştirdiğini göstermiştir. Ayrıca ikinci dereceden programlama, robotun çalıştırıcı girdilerini iticilerin fiziksel limitlerine göre tahsis eder ve itici tahsisi sırasında güç tüketimini optimize eder.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a mathematical model and control strategies for a fully actuated unmanned surface vehicle (USV). We aim to control the body velocity of the robot with a model-based time-varying linear quadratic regulator (TV-LQR) and operate the control algorithm from the ground station of the robot with low-frequency remote communication signals. As TV-LQR computes the optimal control policy by considering a mathematical model, the 3 degrees of freedom (3DoF) decoupled model is derived from the Newton-Euler equations and Fossen's low-speed USV assumptions. MATLAB's constrained nonlinear optimization function estimates the parameters of this model by using experimental data. The k-fold cross-validation method is implemented to see the distributions of the parameters between randomly chosen validation datasets. The conventional PI control algorithm is chosen as a baseline method for comparison with our controller approach. The main contributions of this study are developing a mathematical model of a novel USV and performance analysis of the model-based TV-LQR controller in actual experiments. Results show that fully actuated velocity control with TV-LQR and quadratic programming based control allocation improves the robot's velocity tracking performances in each DoF. Also, quadratic programming allocates the robot's actuator inputs according to the thrusters' physical limits and optimizes power consumption during the control allocation.
Benzer Tezler
- Performance analysis, dynamic simulation and control of mass-actuated airplane
Başlık çevirisi yok
ŞÜKRÜ AKİF ERTÜRK
- Modeling and nonlinear adaptive control of an aerial manipulation system
Bir havada manipulasyon sisteminin modellenmesi ve doğrusal olmayan uyarlamalı denetimi
EMRE YILMAZ
- Modelling, control and implementation of an unmanned vertical take-off and landing aircraft
Dikey iniş kalkış yapabilen bir insansız hava aracının modellenmesi, kontrolü ve gerçeklenmesi
FARABİ AHMED TARHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- Stabilization of quadcopter using the combination of LQR and SMC methods
LQR ve SMC yöntemlerinin kombinasyonuyla kuadcopter stabilizasyonu
RAHMI ELAGIB IBRAHIM MOHAMED RAHMI ELAGIB IBRAHIM MOHAMED
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KARAARSLAN
- Bell-crank tahrikli yakınsak nozul mekanizmasının tasarımı ve yapısal analizi
Design and structural analysis of a bell-crank driven convergent nozzle mechanism
BATUHAN AK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN