Geri Dön

Yüksek performanslı gözlemci tabanlı servo motor kontrol yöntemi geliştirilmesi

Development of a high-performance observer-based servo motor control method

PDF İndir

  1. Tez No: 957623
  2. Yazar: ÇAĞATAY DURSUN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 241

Özet

Endüstriyel servo motor sürücü sistemlerinde yüksek doğrulukta konum, hız ve moment kontrolü sağlamak, özellikle gerçek zamanlı uygulamalarda çeşitli zorluklar doğurmaktadır. Bu zorluklar; sistem parametrelerinin zamana bağlı değişimi, mekanik bozucular ve sensör kaynaklı gürültülerden kaynaklanmaktadır. Bu tür problemlerin üstesinden gelmek için, durum ve yük momenti kestirimi sağlayan gözlemci tabanlı yaklaşımlar etkili bir çözüm sunmaktadır. Ancak, geleneksel gözlemciler sabit parametre varsayımlarına dayandığı için değişken koşullara uyum sağlayamamakta, bu da doğruluk ve kararlılık sorunlarına yol açmaktadır. Dolayısıyla, daha esnek, adaptif ve yüksek kestirim doğruluğu sunan yapılara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, Lyapunov Tabanlı Adaptif Filtreleme Gözlemcisi (L-AFGÖZ) geliştirilmiş ve servo sürücülerinin durum değişkenlerini (konum, hız) ve bozucu etkileri (örneğin yük momenti) eşzamanlı ve yüksek doğrulukla kestirecek şekilde tasarlanmıştır. Gözlemci yapısı, Lyapunov kararlılık teorisine dayanarak kestirim hatalarının yerel asimptotik kararlılığını matematiksel olarak garanti altına almakta; çevrim içi adaptasyon mekanizmasıyla sistem dinamiklerini izleyerek kazançları sürekli güncellemektedir. Böylece parametre belirsizlikleri ve dış bozuculara karşı gözlemcinin uyarlanabilirliği korunmaktadır. Ayrıca filtreleme özelliği, ölçüm gürültülerinin etkisini bastırarak sistemin genel kararlılığına katkı sağlamaktadır. L-AFGÖZ'ün matematiksel temelleri, adaptasyon kuralları ve servo sürücü sistemlerine entegrasyonu ayrıntılı olarak sunulmuş; performansı hem sayısal benzetim ortamında hem de deneysel olarak doğrulanmıştır. Deneysel çalışmada, farklı referans profilleri, atalet uyumsuzlukları ve yükler altında gerçekleştirilmiş; L-AFGÖZ'ün, DGÖZ, sabit kazançlı Kalman Filtresi (SKKF) ve adaptif Kalman Filtresi (AKF) gibi geleneksel yöntemlere kıyasla daha yüksek kestirim doğruluğu sunduğu gözlemlenmiştir. Özellikle geçici rejim koşullarında düşük tepe hata ve sürekli rejimde yüksek doğruluk sağlayarak kontrol sisteminin genel başarımını artıran kritik bir bileşen olarak öne çıkmaktadır. Sonuç olarak, önerilen L-AFGÖZ algoritması; düşük hesaplama maliyeti, güçlü adaptasyon yeteneği, Lyapunov temelli kararlılık garantisi ve dayanıklı kestirim başarımı ile endüstriyel servo motor sürücü uygulamalarında yüksek uygulanabilirliğe sahip yenilikçi bir gözlemci çözümü sunmaktadır. Teorik analizler ve deneysel gözlemler, L-AFGÖZ'ün geleneksel yapıların ötesinde bir performans sergilediğini ve gerçek zamanlı sistemlerde güvenilir bir alternatif olarak öne çıktığını ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

High-precision position, velocity, and torque control in industrial servo motor drives remains a significant challenge, especially under real-time constraints. These difficulties stem from time-varying system parameters, mechanical disturbances, and sensor-induced measurement noise. To address these issues, observer-based estimation techniques capable of simultaneously estimating internal states and external disturbances, such as load torque, have proven effective. However, conventional observers often rely on fixed parameter assumptions, limiting their adaptability under dynamic conditions and resulting in reduced estimation accuracy and system stability. This motivates the need for more flexible, adaptive, and noise resilient observer structures. This study proposes a novel Lyapunov-Based Adaptive Filtering Observer (LAFGÖZ) designed to estimate both the state variables (position, speed) and disturbance inputs (load torque) of servo drives with high accuracy. The observer is developed based on Lyapunov stability theory, ensuring the local asymptotic convergence of estimation errors. An online adaptation mechanism is incorporated to continuously update observer gains in response to variations in system dynamics, maintaining robustness against parameter uncertainties and external disturbances. Additionally, the filtering structure suppresses measurement noise and enhances the stability of the overall control system. Theoretical foundations, adaptation rules, and implementation procedures of LAFGÖZ are presented in detail. Its performance is validated through comprehensive simulations and experimental tests under conditions such as varying reference trajectories, inertia mismatches, and external load disturbances. Comparative results demonstrate that L-AFGÖZ outperforms conventional methods—including the Conventional State Observer (DGÖZ), Fixed-Gain Kalman Filter (FGKF), and Adaptive Kalman Filter (AKF)—by achieving lower transient errors and higher steady-state accuracy. In summary, the proposed L-AFGÖZ offers a robust and computationally efficient solution for real-time state and disturbance estimation in industrial servo drives. Its strong adaptability, noise rejection capability, and Lyapunov-based stability assurance position it as a valuable alternative to traditional observers in both academic and industrial applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    782487

    Wide speed sensorless control of PMSM drive with smooth transition between HFSİ and extended luenberger observer

    Yüksek frekanslı sinyal enjeksiyon ve genişletilmiş luenberger gözlemci arasında sorunsuz geçiş ile geniş hız aralığında SMSM sürücünün sensörsüz kontrolü

    MUSTAFA MUS AB AVCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SALİH BARIŞ ÖZTÜRK

  2. Tez No

    723041

    High precision motion control of mechatronic systems in presence of general uncertainties: Application with a heavy-duty parallel robot

    Genel belirsizliklerin olduğu mekatronik sistemlerin yüksek hassasiyetle kontrolü: Paralel robot uygulaması

    KAMİL VEDAT SANCAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU

  3. Tez No

    822156

    CNN derin öğrenme tekniği kullanılarak prostat kanser hastalığının teşhisi

    Diagnosis of prostate cancer disease using CNN deep learning technique

    MEHMET EMİN SALMAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL HAKKI CEDİMOĞLU

  4. Tez No

    665079

    Kalman filter based state and parameter estimator applications in DC/DC converter systems

    DA/DA çevirici sistemlerinde kalman filtre tabanlı durum ve parametre tahmincisi uygulamaları

    MUHAMMED YUSUF CANDAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA MERT ANKARALI

  5. Tez No

    607162

    Self-commissioning and position sensorless field oriented control of IPMSM

    Gömülü mıknatıslı senkron motorun kendi kendine devreye alınması ve konum sensörsüz alan yönlendirmeli kontrolü

    YASİN ÇETİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR

Geri Dön