Yörünge takibi benzetimi için dört serbestlik dereceli sualtı aracının dinamik modelinin çıkarılması ve salp sürü algoritması tabanlı kesirli dereceli PID kontrolör tasarımı
Extraction of underwater vehicle model with four degrees of freedom and salp swarm algorithm based fractional order PID controller design for simulation of trajectory tracking
- Tez No: 895041
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERHAT YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
Otonom su altı araçları (OSA) bilimsel, ticari ve askeri alanlar başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Bu araçlar, su altındaki görevleri otonom olarak yerine getirebilmek için çeşitli rehberlik ve kontrol sistemlerine ihtiyaç duyarlar. OSA'ların modellenmesi, sistem tanımlaması ve kontrolü, hala aktif araştırma ve geliştirme alanları içinde yer almaktadır. Bu tez çalışması kapsamında; düşük hızlı, denge durumunu koruyabilen, modüler ve simetrik yapılı bir su altı aracı geliştirildi. RedFin adı verilen aracın, ulusal insansız su altı sistemleri yarışmalarında Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü'nü temsil etmesi planlanmaktadır. Çalışmaların devamında su altı aracı RedFin'in dinamik model parametreleri tahmin edilerek matematiksel modeli elde edildi. Aracın dinamik model parametrelerinin tahmininde, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve analitik hesaplama tekniklerinden yararlanıldı. Statik ve dinamik havuz deneyleri ile model doğrulama çalışması yapıldı. Deneysel verilerden parametreleri tahmin etmek için en küçük kareler tahmin yöntemi (EKK) kullanıldı. Basit olmaları ve uygulama kolaylıkları nedeniyle PID (Orantılı-İntegral-Türevsel) denetleyiciler, birçok endüstriyel sistemin kontrolünde kullanılmaktadır. Tamsayılı olmayan diferansiyel denklemler ile tanımlanan dinamik modeller için Kesir Dereceli PID (KDPID) kontrol algoritması geliştirilmiştir ve daha hassas çözümler sunmaktadır. Bu çalışmada, OSA'nın yörünge takibi kontrolü için önce PID, daha sonra KDPID kontrolör tasarlandı ve her iki kontrolörün kazanç parametrelerinin optimizasyonu için sezgisel optimizasyon algoritmalarından Salp Sürüsü Algoritması (SSA) kullanıldı. Uygunluk fonksiyonu olarak; konum hatasının mutlak değerinin integrali (IAE) seçilmiştir. Yapılan benzetimlerde, SSA-KDPID'nin, SSA-PID'ye göre OSA'nın farklı yörüngeleri izlemede daha başarılı olduğu gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) are used in many fields, primarily in scientific, commercial, and military areas. These vehicles require various guidance and control systems to autonomously perform tasks underwater. The modeling, system identification, and control of AUVs remain active areas of research and development. In this thesis study, a low-speed, stable, modular, and symmetrical underwater vehicle was developed. The vehicle, named RedFin, is planned to represent the Department of Electronics and Communication Engineering at Kocaeli University in national unmanned underwater systems competitions. In the continuation of the studies, the dynamic model parameters of the underwater vehicle RedFin were estimated, and a mathematical model was obtained. Computational Fluid Dynamics (CFD) and analytical calculation techniques were used to estimate the dynamic model parameters of the vehicle. Model validation was carried out through static and dynamic pool tests. The least squares estimation method (LSE) was used to estimate the parameters from the experimental data. Due to their simplicity and ease of implementation, Proportional-Integral-Derivative (PID) controllers are used in the control of many industrial systems. For dynamic models defined by non-integer differential equations, a Fractional Order PID (FOPID) control algorithm has been developed, offering more precise solutions. In this study, a PID controller and then a FOPID controller were designed for the trajectory tracking control of the AUV. The Salp Swarm Algorithm (SSA), one of the heuristic optimization algorithms, was used to optimize the gain parameters of both controllers. The integral of the absolute value of the position error (IAE) was selected as the fitness function. In the simulations, it was observed that the SSA-FOPID was more successful than the SSA-PID in following different trajectories of the AUV.
Benzer Tezler
- Otonom sualtı araçlarının modellenmesi, yörünge takip kontrolü ve simülasyonu
Modelling, trajectory tracking and simulation of autonomous underwater vehicles
İREM NUR ORUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT TİLKİ
- A model based flight control system design approach for micro aerial vehicles using integrated flight testing and hil simulations
Küçük boyutlu insansız hava araçları üzerinde sistem tanılama, uçuş kontrol sistem tasarımı ve donanım ile benzetim uygulamaları
BURAK YÜKSEK
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN
- Bir dörtpervanelinin modellenmesi ve denetimi
Modeling and control of a quadrotor
AHMET DEMİRYÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN DEMİRCİOĞLU
- On the point vortex dynamics
Noktasal girdap dinamiği üzerine
AHMET KUTSİ NİRCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1992
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYRD. DOÇ. DR. ALİ RANA ATILGAN
- Quadcopter trajectory tracking control using reinforcement learning
Pekiştirmeli öğrenme ile quadcopter yörünge takibi kontrolü
MUSTAFA ERDEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ