Supervisory controller design for an image-based air surveillance platform by using hybrid feedback control theory
Görüntü-tabanlı hava gözetleme platformu için hibrit geri besleme kontrol teorisiyle gözcü kontrolcü tasarımı
- Tez No: 825911
- Danışmanlar: PROF. DR. RAİF TUNA BALKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Computer Engineering and Computer Science and Control, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 167
Özet
Yüksek hassasiyetli hareket platformları, hava gözetim uygulamalarının çoğunda bir hedefi tespit ve takip etmek için elektro-optik sensörler ve görüntü tabanlı izleyicilerle donatılmaktadır. Elektro-optik sensörlerin sınırlı görüş alanları nedeniyle, görüş hattı vektörlerinin olası bir hedefin yakın komşuluğuna yönlendirebilmeleri gereklidir. Bu tezde, çekim-havzasını tüm operasyonel hava sahasına genişletmek için bir hava gözetleme platformunun ilk angajman ve görüntü-tabanlı izleme kontrolörlerini gürbüz bir şekilde birleştiren hibrit bir gözcü kontrolcü önerilmiştir. Gözcü denetleyicinin hibrit bir matematiksel modeli, etkin olan denetleyiciyi takip eden bir mantık değişkeni ile oluşturulup, kapalı döngünün asimptotik kararlılığını sağlamak için gözcü denetleyicinin atlama setlerinin (anahtarlama mantığı) tasarımı sunulmuştur. Bu yaklaşımınla, farklı geri besleme sensörlerine, dolayısıyla açık döngü dinamiklerine ve performans gereksinimlerine sahip her bir kontrol döngüsünün tasarımı, hibrit geri besleme kontrol teorisinin sağladığı“böl ve fethet”avantajından yararlanılarak ayrı ayrı gerçekleştirilir. Elektro-optik platformun ayrıntılı bir matematiksel modeli, ilk angajman ve görüntü tabanlı izleme kontrolörlerini tasarlamak için oluşturulmuştur. Newton-Euler denklemleri kullanılarak gimballi yapının katı cisim modeli elde edilmiştir. Görüntü oluşturma sürecinin kinematiği, bir iğne deliği kamera modeli kullanılarak modellenirken, daha düşük örnekleme frekanslı görüntülere dayalı zamanla-değişen zaman-gecikmeli hata sinyalleri, zamanlayıcılar ve bir bellek değişkeni içeren hibrit dinamik bir model tarafından temsil edilir. Tüm sistemin bir simülasyon modeli de MATLAB®/Simulink®'te oluşturulmuştur. Hibrit görüntü tabanlı izleme döngüsü için kararlılık koşulları, hibrit Lyapunov teoremi ve sektör doğrusal olmama yaklaşımı kullanılarak türetilmiştir. Ortaya çıkan doğrusal matris denklemleri, bir kararlılık grafiği elde etmek için çözülür ve böylece denetleyici, görüntü tabanlı izleme denetleyicisini genel olarak asimptotik kararlı hale getirir. Hedef belirleme denetleyicisi olarak, zaman optimal yol üretecine sahip bir tam durum geri beslemeli doğrusallaştırma denetleyicisi tasarlanmıştır. Ek olarak, hibrit denetim mantığı tasarlanırken maksimum çözümün tamamlanmasını sağlamak için simülasyon modelinden yararlanılır. Genel hibrit kapalı döngü sisteminin performansı, çalışan bir elektro-optik platform üzerindeki deneylerle gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
High precision motion platforms are equipped with electro-optical sensors and image-based trackers to detect and aim accurately at a target in most of the air surveillance applications. Due to the limited field-of-view of electro-optical sensors, some knowledge of target angular position is required to drive the line-of-sight vector of the optical sensors to a close neighborhood of a target unless the target initially appears within the field-of-view of electro-optical sensors. In this thesis, a hybrid supervisory controller robustly uniting the initial target designation and image-based tracking controllers of an air surveillance platform is proposed to enlarge the basin-of-attraction to the entire operational airspace for this problem. A hybrid mathematical model of the supervisory controller is constructed with a logic variable keeping track of the controller being active, and the design of corresponding jump sets (switching logic) of the supervisory controller is presented to ensure the global asymptotic stability of the overall closed loop system. Following this approach, the design of each separate control loop having different feedback sensors, thus open-loop dynamics, and performance requirements is performed separately while exploiting the“divide-and-conquer”benefit provided by hybrid feedback control theory with its intrinsic robustness property. A mathematical model of the electro-optical platform is constructed to design the initial target designation and image-based tracking controllers. A rigid body model of the gimballed structure is obtained by using Newton-Euler equations. The kinematics of the image formation process is modelled by using a pin hole camera model whereas time-varying time-delayed error signals based on lower sampling rate images are represented by a hybrid dynamical model including a sampler and a delay timer, and a memory variable. A simulation model of the overall system is also constructed in MATLAB®/Simulink®. Through the application of the hybrid Lyapunov theorem and the sector nonlinearity technique, the stability requirements for the hybrid image-based tracking loop are derived. The resulting linear matrix inequalities (LMIs) are resolved to obtain a stability plot, and as a result, the controller gains, making the image-based tracking controller globally pre-asymptotically stable. A full state feedback linearizing controller with a time optimal path generator is designed as the target designation controller. Additionally, the hybrid supervisory logic design makes use of the simulation model to guarantee that the maximal solutions are complete. The performance of the overall hybrid closed loop system is demonstrated by experiments on an operational electro-optical platform. By designing some benchmark controllers and performing simulations, it is shown that missing the dominant hybrid nature of the overall system causes some solutions being not complete and undesired switching.
Benzer Tezler
- Çok düzeyli statik bellek gözesi ve kohonen türü yapay sinir ağına uygulanması
Multiple valued static storage cell and its application to kohonen type neural network
NURETTİN YAMAN ÖZELÇİ
Doktora
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. UĞUR ÇİLİNGİROĞLU
- Mikrodesenli biyoaktif malzemelerin dizaynı, karakterizasyonu ve doku mühendisliği'ndeki uygulamaları
Design, characterization and tisuue engineering applications of micropatterned bioactive materials
AYŞE GÖNEN KARAKEÇİLİ
Doktora
Türkçe
2006
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
- Design, construction and flight control of a quad tilt-wing unmanned aerial vehicle
Dört rotorlu döner-kanat bir insansız hava aracının tasarımı, imalatı ve uçuş kontrolü
ERTUĞRUL ÇETİNSOY
Doktora
İngilizce
2010
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT F. AKŞİT
DOÇ. DR. MUSTAFA ÜNEL
- Protein yapısındaki makromoleküllerin salımını yapabilen biyobozunur polimer mikrokürelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Design and characterization of biodegradable polymer microspheres which can make controlled release of molecules with protein structure
HASAN COŞKUN