Dynamic modelling and control of a two-axis gimbal system with model reference adaptive control
İki eksen bir gimbal sisteminin dinamik modellenmesi ve model referans adaptif kontrol ile kontrolü
- Tez No: 827886
- Danışmanlar: PROF. DR. YİĞİT YAZICIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Adaptif denetim, Anten kontrol sistemi, Dinamik modelleme, Geri beslemeli kontrol, Hareket denetimi, Kaskad kontrol, Model referans uyarlamalı denetim, PI denetleme, Servo denetim sistemleri, Sistem tanıma, Adaptive control, Antenna control system, Dynamic modelling, Feedback control, Motion control, Cascade control, Model reference control, PI control, Servo control systems, System identification
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Haberleşmenin yüksek hızda ve kesintisiz olarak sağlanabilmesi günümüzdeki en önemli ihtiyaçlardan biri haline gelmiştir. Yerleşim bölgeleri dışında haberleşme kapsama alanının dışına çıkılması, uzayda yer alan haberleşme uyduları ile farklı bir iletişim yolu kurmayı gerektirmektedir. Bu amaçla kullanılan haberleşme antenlerini uydulara belirli konum hassasiyeti içerisinde yönlendirecek gimbal sistemler geliştirilmektedir. Uygulama alanları ve istenilen performans kriterleri gimbal sistemlerin tasarım isterlerini belirlemektedir. Bu çalışmada deniz platformuna bağlanacak olan ve bir haberleşme anteninin yönlendirilmesi ve stabilizasyonunda kullanılacak olan gimbal sistem ele alınmıştır. Bu tezde önce statik olarak dengede fakat dinamik olarak dengesiz, iki eksenli bir gimbal sistemin Denavit-Hartenberg ve Newton-Euler yaklaşımlarıyla kinematik ve dinamik ilişkileri ifade edilerek detaylı matematik modeli elde edilmiştir. Matematik model sonucu lineer olmayan bir hareket denklemine ulaşılmıştır ve bu denklemden yola çıkarak sistem lineerleştirilmiş ve durum uzayı gösteriminde ifade edilmiştir. Gerçekte üretilmiş sistem üzerinde yapılan sistem tanımlama çalışmaları sonucuna göre lineerleştirilmiş sistem modelinin modelleme belirsizlikleri ve mekanik sistemin yapısal esnekliğinden dolayı farklılıklar gösterdiği anlaşılmıştır. Kontrol sistem tasarımında bu farklılıklar göz önüne alınarak model referans adaptif kontrol yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca tam durum geri besleme kontrol yöntemi kullanılarak geliştirilen kontrol sistemi hem karşılaştırma amaçlı kullanılmış hem de model referans adaptif kontrol yönteminde referans model olarak kullanılmıştır. Bu kontrol yöntemlerine ilave olarak endüstride sıklıkla kullanılan kaskad yapıda PI kontrol yöntemi, basitleştirilmiş bir gimbal modeli kullanılarak geliştirilmiş ve diğer yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Son olarak deney ve benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiş; sonuçlar incelenerek, tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
Providing high-speed and uninterrupted communication has become primary demands of today. Out of the coverage area, it is needed to establish a communication path with the satellites in space. Thus, gimbal systems were developed, that direct the antennas to the satellites with desired position accuracy. Application areas and performance criteria determine the design specifications of gimbal systems. In this study, the gimbal system assembled to the naval platform and used in the orientation and stabilization of a antenna was discussed. In this thesis, a detailed mathematical model was obtained by expressing kinematic relations with Denavit-Hartenberg convention and dynamic relations with Newton-Euler method of a statically-balanced but dynamically-unbalanced two-axis gimbal system. Therefore, a nonlinear equation of motion was obtained, and the system was linearized and expressed in state space representation. According to the system identification tests on physical system, it was realized that the linearized system model has differences due to the modeling uncertainties and the structural flexibility of the mechanical system. The model reference adaptive control (MRAC) method was used by considering these differences in the control system design. Additionally, the control system was developed using the full-state feedback control method that was used both for comparison of the controllers and as reference model in the MRAC method. Further to these control methods, cascaded PI control method, being frequently used in the industry, was developed using a straightforward gimbal model and compared with other methods. Finally, experiments and simulation studies were carried out and the results were examined and discussed.
Benzer Tezler
- Design, modelling and control of a reaction wheel actuated system
Reaksiyon tekeri ile kontrol edilen bir sistemin tasarımı modellenmesi ve kontrolü
RAHMAN BİTİRGEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT
- İki serbestlik dereceli bir gimbal sisteminin modellenmesi, tanılanması ve gerçek zamanlı kontrolü
Modelling, identification and real-time control of a two-degree-of-freedom gimbal system
BATUHAN KALKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYHAN KURAL
- Learning based control compensation for multi-axis gimbal systems using inverse and forward dynamics
Çok eksenli gimbal sistemleri için ileri ve geri dinamikleri kullanan öğrenme tabanlı kontrol dengeleyicisi
DAMLA LEBLEBİCİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİH ÇAKMAKCI
DR. ÖZGÜR ATEŞOĞLU
- H-sonsuz denetleyicisi ile gimbal sisteminin kontrolü
Gimbal system control with H-infinity controller
TALHA DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TARIK VELİ MUMCU
- Bir kara platformu üzerinde konumlandırılmış iki eksenli anten sisteminin kararlılaştırılması ve hassas takip denetimi
Stabilization and precise tracking control of a 2-axis antenna system mounted on a ground vehicle
ORHAN GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BÜLENT ÖZKAN
DR. GALİP SERDAR TOMBUL