Novel observer based friction estimation and control methods for simple nonlinear mechanical systems
Basit doğrusal olmayan mekanik sistemler için yeni gözlemci tabanlı sürtünme tahmini ve kontrol yöntemleri
- Tez No: 916704
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER MORGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
Sürtünme, ataletsel mekanik sistemlerde yaygın olarak görülen doğrusal olmayan bir olgudur ve genellikle tutma-bırakma hareketi, histerezis ve takip doğruluğunun azalması gibi istenmeyen etkilere yol açar. Bu tür sistemlerin kontrolünde yüksek hassasiyet ve gürbüzlük sağlamak için etkili sürtünme telafisi büyük önem taşımaktadır. Hem model tabanlı hem de model tabanlı olmayan yöntemler sürtünme telafisinde yaygın olarak kullanılmakta olup, sürtünme gözlemcileri, sistemdeki sürtünmenin tahmin edilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışma, gözlemci tabanlı uyarlamalı tahmin tekniklerine odaklanmakta ve özellikle Friedland-Park gözlemcisini kullanarak bir ataletsel sistemdeki sürtünme modelinin parametrelerini tahmin etmeyi amaçlamaktadır. Önerilen yaklaşım, tutma-bırakma hareketini azaltmayı ve takip performansını artırmayı hedeflemektedir. Bu araştırma, Friedland-Park gözlemcisinin sürtünme telafisi uygulamalarını ve yüksek mertebeli sistemlerdeki kullanımını değerlendirmektedir. İki durumlu ve tek durumlu gözlemciler ile farklı sistem modelleri ve denetleyiciler, önerilen yöntemlerin sağlamlığını sağlamak için incelenmiştir. Performans ölçütleri, hız referans takibi doğruluğu ve hız yön değişiklikleri sırasında telafi edicinin tepki verme yeteneği gibi unsurları kapsamaktadır ve çeşitli referans giriş koşulları altında değerlendirilmiştir. Simülasyon sonuçları, hız takibi doğruluğunda önemli bir iyileşme sağlandığını ve hız takip hatasında %65'e varan bir azalma olduğunu göstermektedir. Önerilen sürtünme telafisi yöntemleri, değişken sürtünme koşullarını etkili bir şekilde yöneterek sistemin gürbüzlüğünü ve hassasiyetini sağlamaktadır. Bu çalışma, ataletsel mekanik sistemler için sürtünme telafisine kapsamlı bir yaklaşım sunarak çeşitli tasarım seçenekleri sunmaktadır. Gelecek çalışmalar, ataletsel sensörlerin gürültülü doğasını ele almak amacıyla bir jiroskop modelinin entegrasyonunu ve önerilen metodolojinin pratik uygulanabilirliğini doğrulamak için jiroskop stabilizasyonlu platformlarda uygulanmasını içerecektir. Ayrıca, bu çalışma, Friedland-Park gözlemci denklemlerinin uyarlanması yoluyla sistem parametrelerinin tahmini için yeni bir yaklaşım geliştirilerek sistem tanımlama bağlamında da genişletilebilir.
Özet (Çeviri)
Friction is a common nonlinear phenomenon in inertial mechanical systems, often leading to undesirable effects such as stick-slip motion, hysteresis, and reduced tracking accuracy. Effective friction compensation is essential for enhancing robustness and achieving high precision in controlling such systems. Both model-based and non-model-based approaches have been widely utilized for friction compensation, with friction observers playing a significant role in estimating the friction acting on the system. This study focuses on observer-based adaptive estimation techniques, specifically employing the Friedland-Park observer to estimate the parameters of a friction model in an inertial system. The proposed approach aims to mitigate stick-slip motion and enhance tracking performance. The research evaluates various applications of the Friedland-Park observer for friction compensation and its implementation in high-order systems. Both two state and single-state observers are examined, alongside different system models and controllers, to ensure the robustness of the proposed methods. Performance metrics include velocity reference tracking accuracy and the compensator's responsiveness during velocity sign reversals, assessed under diverse reference input conditions. Simulation results demonstrate a significant improvement in velocity tracking accuracy, with up to a 65% reduction in tracking error. The proposed friction compensation methods effectively handle varying friction conditions, ensuring system robustness and precision. This study contributes a comprehensive approach to friction compensation, offering various design options for inertial mechanical systems. Future work will extend this research by incorporating a gyroscope model to address the noisy nature of inertial sensors and performing the hardware implementation of the proposed methodology on gyro-stabilized platforms to validate its practical applicability. This work can also be extended within the scope of system identification by developing a novel approach for estimating plant parameters through the adaptation of Friedland-Park observer equations.
Benzer Tezler
- Adaptive observer designs for friction estimation in position control of simple mechanical systems with time delay
Zaman gecikmeli basit mekanik sistemlerin pozisyon kontrolünde sürtünme kestirimi için adaptif gözlemci tasarımları
CANER ODABAŞ
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER MORGÜL
- Eksenel statik çekme yüküne maruz betonarme tekil kazık davranışı ve orijinal bir kazık deney ve imalat yaklaşımı
A novel construction and testing approach for cast in-situ piles subjected to tension/uplift load
ORHAN ESAT İNANIR
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYKUT ŞENOL
PROF. DR. MEHMET MUHİT BERİLGEN
- Farklı yüzeylere uyum sağlayabilen denge robotu için zeki ve adaptif kontrol algoritmalarının geliştirilmesi
Development of intelligent and adaptive control algorithms for balance robot capable of adapting different surfaces
ALİ ÜNLÜTÜRK
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER AYDOĞDU
- Robust content-based copy detection and information theoretic indexing strategies
İçerik tabanlı video kopya sezimi ve bilgi teorisine dayalı dizinleme stratejileri
AHMET SARACOĞLU
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH AYDIN ALATAN
- Design of a climbing robot for corrosion inspection
Otonom tırmanan korozyon denetleme robotu
ÖZGÜR ACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CLAUDIA FERNANDA YAŞAR