LEE- Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19361

Gözat

Konu "doğrusal olmayan kontrol teorisi" ile LEE- Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği-Doktora'a göz atma
  • Öge
    Doğrusal olmayan sistemler için model öngörülü kontrol yöntemine ters optimal kontrol yapısının katılması
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-08-02) Ulusoy, Lütfi ; Güzelkaya, Müjde ; 504122103 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği
    Optimal kontrol probleminin amacı, bazı kontrol ve durum kısıtlamalarını sağlayacak ve bir başarım kriterini optimize edecek şekilde bir kontrol giriş fonksiyonu veya kontrol kuralı elde etmektir. Buna rağmen, optimal kontrol kuralı, kısıtsız ve doğrusal durumlarda bile oldukça kolay ve analitik olarak bulunamaz. Optimal kontrol kuralının çözümünün Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) denklemini çözmeyi gerektirdiği iyi bilinen bir gerçektir ki bu son derece zordur. Dahası, doğrusal olmayan sistemlerin çoğu için analitik bir HJB çözümü mevcut değildir. Sistem doğrusal olduğunda ve başarım kriteri ikinci dereceden olduğunda, HJB, belirli durumlarda analitik olarak çözülmesi zor olabilen bir Riccati denklemi olarak ortaya çıkar. Bu zorlukların üstesinden gelmek amacıyla önceden belirlenmiş bir sonlu ufuk için mevcut sistem durumunu, başlangıç durumu olarak atayarak, sistem modeli yardımıyla optimal kontrol problemini tekrar tekrar ve ardışıl olarak çözmek düşünülmüştür. Bu stratejiyi kullanan kontrol yaklaşımları, Model Öngörülü Kontrol (MÖK) olarak adlandırılır. Bu yaklaşımda, sistemin gelecekteki davranışı, sistem modeli kullanılarak tahmin edilir ve kontrol işareti, anlık sistem durumlarına göre her kontrol ufku için tekrar tekrar yenilenir. Öte yandan, HJB problemini çözmek yerine bize farklı bir bakış açısı sağlayan bir başka yaklaşım ise Ters Optimal Kontrol (TOK) teorisidir. TOK, HJB denklemini çözmenin zahmetli görevinden kaçınarak, doğrusal olmayan optimal kontrol problemini çözmek için alternatif bir yaklaşımdır. Son yıllarda, birçok gerçek zamanlı uygulamada doğrusal olmayan optimal kontrol problemlerini çözmek için ters optimizasyon yaklaşımı giderek daha fazla kullanılmaktadır. Tezde, ilk olarak model öngörülü kontrol yaklaşımının optimal kontrol problemini ele alış biçimi anlatılmıştır. Önerilecek yöntem ile karşılaştırabilmek amacıyla, klasik model öngörülü yaklaşımlarından, doğrusal sistem modelini kullanan gradyant tabanlı MÖK ve doğrusal olmayan sistem modeli Runge-Kutta tabanlı MÖK (RKMÖK) yaklaşımları verilmiştir. Daha sonra ters optimal kontrol (TOK) yaklaşımları incelenmiş ve ayrık-zamanlı girişte-afin doğrusal olmayan sistemler için TOK problemini Kontrol Lyapunov Fonksiyonu (KLF) bulma problemine dönüştürerek çözen TOK yaklaşımı anlatılmıştır. TOK yaklaşımı için takip probleminde karşılaşılabilecek sorunlar üzerinde durulmuştur. Bu tezde ilk olarak, takip problemi sorunlarını çözebilmek amacıyla kontrol işareti ağırlık matrisinin her bir elemanı için sistem durum değişkenlerine bağlı bir sigmoid fonksiyon önerilmiştir. Önerilen yaklaşımın başarımını gösterebilmek için klasik TOK yaklaşımıyla karşılaştırma yapılmıştır. Bu tez çalışmasında, ayrıca girişte-afin doğrusal olmayan sistemler için MÖK ve TOK yaklaşımları birleştirilerek yeni bir optimal kontrol yöntemi önerilmektedir. Gerçek hayatta ve literatürde karşılaşılan doğrusal olmayan sistemlerin ve sistem modellerinin çoğu, bazı doğrusal olmayan azaltma yöntemleri ile girişte-afin biçime dönüştürülebilir. Önerilen yöntemin temel özelliği, her kayan ufuk ve sonuç olarak yeni bir başlangıç koşulu için çözülmesi gereken MÖK optimizasyon problemini TOK problemi olarak ele alıp, bu TOK problemini tekrar tekrar çözmesidir. Bu yaklaşımda, sistemin gelecekteki davranışının tahminini elde etmek için sistem modeli kullanılır ve önceden belirlenmiş bir kontrol ufku için TOK yönteminden elde edilen kontrol işareti sisteme uygulanır. TOK probleminin çözümü aşamasında, belirlenmesi gereken aday kontrol Lyapunov fonksiyon matrisinin parametreleri, evrimsel Büyük Patlama-Büyük Çöküş (BP-BÇ) optimizasyon arama algoritması kullanılarak çevrim içi bir şekilde tahmin edilir. Önerilen kontrol yapısında, MÖK yaklaşımında her kontrol ufku için uygun bir KLF matrisinin aranması ile optimal kontrol problemi çözülmektedir. Diğer bir bakış açısından ise, MÖK yapısı TOK problemine dahil edilerek TOK problemi, her kayan ufkun başlangıcındaki farklı başlangıç koşulları kullanılarak tekrar tekrar çözülmekte ve böylece, TOK için çevrim içi bir düzeltme mekanizması elde edilmektedir. Bu yaklaşım ve literatürdeki diğer yöntemler kullanılarak top ve çubuk kontrol sistemi üzerinde benzetim çalışmaları ve gerçek zamanlı uygulama yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar bazı kontrol başarım ölçütlerine karşılaştırılmış ve önerilen yaklaşımın başarımı değerlendirilmiştir.