FBE- Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Konu "Adaptive model following control system" ile FBE- Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeNovel control and communication approaches for performance improvement in networked control systems(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015) Kuzu, Ahmet ; Gökaşan, Metin ; 392969 ; Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği ; Control and Automation EngineeringTeleoperasyon mobil veya sabit bir manipülatörü coğrafi olarak uzak bir noktanadan kontrol etme anlamına gelmektedir. Tehlikeli bölgelerde arama/tarama, kimyasal madde işleme sistemleri, uzaktan ameliyat sistemleri ve uzay robotiği sistemleri günümüzde teleoperasyon uygulama alanları arasında sayılabilir. Uygulama alanlarının bu kadar geniş ve popüler bir yelpaze olusturması teleoperasyon konusunu aktif bir araştırma alanı haline getirmiştir. Teleoperasyonun en temel problemi coğrafi olarak uzak sistemlerin senkronize edilmesidir. Bu senkronizasyon problemi coğrafi olarak uzakta bulunan bu iki sistemi birleştiren haberleşme kanalı ile doğrudan ilintilidir. Özellikle, günümüzde tüm dünya, Internet üzerinden birbirine bağlı olduğundan, haberleşme kanalı olarak Internet'i tercih etmek ekonomik olarak çok avantajlıdır. Fakat, bununla birlikte Internet'in dezavantajları da yok değildir. Nitekim, Internet üzerinden işaret taşıma, kontrol sistemlerinin kararlılığında ve kontrol performansında bozulmalara neden olabilir. Bu probleme Internet ortamındaki zaman gecikmesi sebep olur. Zaman gecikmesi haricinde, performans band genişliği ve örnekleme hızı arasındaki ters ilişkiden de olumsuz olarak etkilenmektedir. Sistem performansi ayrica efendi taraftaki operatörün köle taraftaki manipülatörün etkileşimde olduğu çevreyi dokunarak algılama başarımına, köle taraftaki manüpülatörün de efendi taraftaki manüpülatörün yörünge takip başarımından da fazlaca etkilenmektedir. Internet üzerinden kontrolü, geleneksel zaman gecikmeli kontrolden ayıran en temel özellik, zamanda gecikme süresinin belli bir kurala bağlı kalmadan değişiyor olmasıdır. Bu özellik sistemde yeni bir bozucu etkisi yaratır. Geliştirilen efendi-kole mimarisi öncelikle bu bozucuyu bastırmalıdır. Bozucunun sadece geribesleme hattında olmasi durumunda olumsuz etki geleneksel bozucu bastırma yöntemleri ile bastırılabilirken, bozucunun kontrol işareti hattında da etkili olmasi haberleşme kaynaklı bozucu bastırma yontemlerinin geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu tezde teleoperasyon problemine iki çekirdek mimari önerilmistir. Bu çözümlerin birinde, efendi tarafta kayma kipli bir gözleyici ve köle tarafta model izleyen bir kontrolör bulunmaktadir. Haberleşme gecikmesinin degeri, hem efendi sistemden köle sistem yönüne, hem de köle sistemden efendi sistem yönüne gecikme doğrultucusu ile tasarım sürecinde belirlenen bir maksimum değere sabitlenmiştir. İkinci çözümde ise, efendi sistem tarafında Astrom'un Smith Predictor yapısı, ve köle sistem tarafında yine model izleyen kontrolör bulunmaktadır. Gecikme regülatörleri bu çözümde de kullanılmaktadır. Tezde, yukarida sunulan çekirdek mimari yapısının dayanıklılık, bandgenişliği ve senkronizasyon performansının arttırımını sağlayacak eklentiler de önerilmiştir. Bu eklentilerden birincisi dayanıklılığı garanti altına almak için önerilen kontrol işaret düzeltme yapısıdır. Dayanıklılığın en büyük engeli gecikmenin tasarlanan değerin üstüne çıkması ve gecikme regülatörlerinin gecikmeyi sabitleyememesidir. Bu önerilen yapı ile kontrol işaretinin kendisi değil, sisteme olan etkisi düzeltilebilmektedir. Böylelikle geçici rejim dinamiğinde bozukluklar görülmesine ragmen sürekli halde bu bozukluklar ortadan kalkmaktadır. Ayrıca haberleşme hattının çıktı hızı da çözülmesi gereken başka bir problem kaynağıdır. İkinci eklenti bu problemi çözmektedir. Çıktı hızının limiti kontrol sistemini mekanik sistemin dinamiğinin limitlediğinden daha düşük bir Nyquist frekanında çalışmaya zorlar. Bu nedenle örnekleme hızı belirlenirken sadece mekanik sistem değil, aynı zamanda haberleşme ortamının çıkış hızı da dikkate alınmalıdır. Çıktı hızına uyum sağlamak için örnekleme frekansını düşürmek kontrol sisteminin doğruluğunu da beraberinde düşürecektir. Ayrıca örnekleme hızını düşürme sisteme eklenebilecek olan EKF gibi yüksek örnekleme frekansı gerektiren modern gözleyicilerin de kullanımını kısıtlar. Bu tezde, ayrıca, bu tip problemleri çözebilecek ağ haberleşmesi kaynaklı yaklaşımlar da önerilmektedir. Çıktı hızını en iyileme problemi için tezde Wavelet Paket Ağacı (Wavelet Packet Tree-WPT) dönüşümünü temel alan yeni bir sıkıştırma yapısı önerilmiştir. Bu yapı literatürdeki DFT tabanlı yapı ile karşılaştırılmıştır. Yaptığımız deneyler WPT tabanlı yapınının hemen hemen her sıkıştırma oranında DFT tabalı algoritmadan daha iyi sonuç verdiğini göstermiştir. Üçüncü eklenti, senkronizasyon problemini hedeflemektedir. Efendi ve köle taraf arasındaki senkronizasyonu etkileyen en önemli unsur doğal olarak ağ gecikmesinin büyüklüğüdür. Genelde teleoperasyon problemi hep kararlılık açısından ele alınmıştır. Oysaki sadece kararlılığa odaklanmış algoritmaların çoğrafi olarak uzak mesafedeki sistemlerin senkronizasyon problemlerini de çözdüğünü söylemek pek mümkün değildir. Bu senkronizasyonu iyileştirmek için performansı belirleyen diğer bileşenleri de dikkate almak gerekir. Teleoperasyonda, referans işareti genel olarak operatör diye adlandırılan bir insan tarafından oluşturulmaktadır. İnsanın doğasını düşündüğümüzde, band genişliği entegre sisteme oranla çok küçüktür. Senkronizasyon probleminin çözümü için tezde Grey Teori tabanlı bir kestrici önerilmiş, ve efendi maniplatörde gerçek referans yörüngesi oluşmadan bir kestrim yörüngesi oluşturulmuştur. Böylelikle efendiden köleye etki süresinin kısaltılması hedeflenmiştir. Bizim buradaki felsefemiz, ağ kaynaklı gecikmelerin kaçınılmaz ve rastgele olduğunu bilip, imkanlar dahilinde diğer tüm gecikmeleri azaltmaktır. Son eklenti köle taraftaki manüpülatörün çevreyle olan etkileşimini operatörün de hissetmesini sağlamak için yapılan eklentidir. Bunun için kontağın başladığı nokta (lazer mesafe sensörü ile ölçülür), ve etkileşilen çevrenin mekanik parametreleri efendi tarafa yollanır. Orada efendi manüpülatörün poziyon bilgisi ve alınan parametreler kullanılarak operatör için tepki kuvveti oluşturulur. Bu yöntemin iki avantajı vardır. Bunlardan ilki parametreler yavaş değiştiğinden (hatta pek değişmediğinden) diğer kuvvet geri beslemeli sistemlere oranla bandgenişliği ihtiyacı daha azdır. İkinci avantajı, kontak noktasının lazer mesafe sensörü ile önceden ölçüldüğünden dolayı, tepki kuvvetini operatöre yansıtmak için kontağın olmasını beklemeye gerek kalmamasıdır. Tasarlanan algoritmalar birçok deney düzeneğinde gerçek zamanlı olarak denenmiştir. Bu çalışmada her problemi en iyi sekilde cevaplayacak bir cözümden ziyade, tasarımcıların kendi spesifik problemlerine uygun bir alt küme seçebilmelerini saglayacak bir cözüm kümesi araştırılmıştır. Önerilen herbir eklentinin önemli yararlari oldugu gibi, işlem yükü, gecikme maliyeti, bilgi kaybı gibi sakıncaları da vardır. Amacımız tasarımcının kendine en uygun cözümü seçebilmesidir. Özetle, genel olarak bakıldığında önerdiğimiz yapı mevcut literatür ile karşılaştırıldığında pozisyon kontrolünde önemli ölçüde iyileştirme, kuvvet kontrolünde ise kabul edilebilir bir performans sağlamaktadır. Ayrıca band genişliği ihtiyacı da hem pozisyon işaretinin sıkıştırılarak yollanması sebebiyle, hem de kuvvet bilgisinin parametrik olarak yollanmasından dolayı literatürdeki emsallerine göre daha başarılı ve özgündür.