Bozucu-etki gözleyici tabanlı kontrol yöntemlerinin bir Gimbal üzerinde deneysel karşılaştırılması

Abstract

Bozucu-etki gözleyici tabanlı kontrol (BGTK), kapalı çevrim sistem dinamiklerin, tasarım aşamasında belirlenen nominal sistem cevabına yakınsamasını amaçlar. Literatürde ise benzer amaçlarla türetilen birçok farklı yaklaşım mevcuttur. Bu yaklaşımlar ile harici bozucular ve belirsizliklerin tahmin edilmesi sağlanır. Tahmin edilen bozucular sistemin kontrol sinyaline negatif olarak beslenerek giderilmektedir. Bu çalışmada, tekrar edilebilirlik açısından oluşturulan bir simülasyon ortamında, kayda değer çeşitli BGTK yapılarının karşılaştırılması hedeflenmektedir. Bu amaç için ise, yöntemlerin matematiksel formları uygulanabilirlik açısından yeniden ele alınmıştır. Ayrıca, bu çalışmanın konusu olarak seçilen BGTK yapıları şunlardır: Frekans Uzayı Bozucu-etki Gözleyici Tabanlı Kontrol (FUBGTK), Bozucu-etki Uyum Kontrolünde Bilinmeyen Giriş Gözleyicisi (BUKBGG), Belirsizlik ve Bozucu-etki Tahmincisi (BBT), Eşdeğer Giriş Bozucu-etki Tahmincisi (EGBT), Bozucu-etki/Belirsizlik Tahmincisi Tabanlı Gürbüz Kontrol (BTTGK)'dür. Literatürdeki mevcut çalışmalarla karşılaştırıldığında, çalışmanın katkısı, önerilen kayda değer yöntemleri, kararlı minimum fazlı tek-giriş tek-çıkışlı (TGTÇ) sistem, kararlı minimum olmayan fazlı TGTÇ sistem, kararsız minimum fazlı TGTÇ sistem ve kararlı çok-giriş-çok-çıkışlı (ÇGÇÇ) sistem üzerinde, uygulanabilirlik ve performans değerlendirme açısından, ölçülebilir ve iyi tanımlı özellikler ile simülasyon ortamında karşılaştırmaktır. Simülasyonlara ek olarak, temel BGTK yöntemleri gerçek bir gimbal sistemine deneysel olarak uygulanmıştır. Literatürde deneysel olarak BGTK yöntemlerinin karşılaştırılma konusu bir eksik olarak dikkat çekmekte ve tez kapsamında yapılan çalışmaların bu eksikliği gidermesi planlanmaktadır. Özellikle teorik olarak iyi sonuç veren sistemlerin deneysel uygulamadaki limitleri ortaya koyulmuş olup, pratik ile ilgilenen mühendislere yöntem seçimi ile ilgili önemli bir bakış açısı kazandırılmıştır. Bazı yöntemlerin uygulanamadığı sistemlerde ise, o yöntemin uygulanabildiği değiştirilmiş yapılar üzerinde çalışmalar devam ettirilmiştir. Çalışmada değerlendirilen yöntemler için tasarlanan kontrol sistemleri, her bir yöntemin önerdiği yaklaşımlar doğrultusunda gerçekleştirilmiştir. Örneğin, bir yöntem durum geri beslemeli kontrol ile başka bir yöntem optimal kontrol yöntemi olan doğrusal karesel regülasyon ile bir diğer yöntem ise gürbüz kontrol teknikleri ile ana kontrol sistem tasarımını önermiştir. Sonuçlar, zaman uzayı ve frekans uzayı analizleri kullanılarak yorumlanmıştır. Giriş bozucu-etki bastırma, duyarlılık, döngü transfer ve tamamlayıcı duyarlılık frekans cevapları analitik bir şekilde yazılarak çıkartılmıştır. Zaman uzayı cevapları ise basamak referans, basamak bozucular ve farklı genlik, faz ve frekanslı sinüzoidal bozucu-etkiler altında incelenmiştir.