Mekatronik Sistemlerde Kontrolcü Tasarımı

Abstract

Hızlı kontrolcü prototiplendirme ve çevrim içi donanım içeren simülasyonlar, tasarım ve bunu izleyen gerçekleştirme sürecini destekleyen önemli bilgisayar destekli mühendislik araçlarıdır. Bu tez çalışmasının kapsamında bu iki geliştirme sistemi tanıtılmıştır. Ayrıca bu sistemlerin basit olarak kullanıldığı ters sarkaç sisteminin modellenmesi ve kontrolü de uygulama örneği olarak sunulmuştur. Ters sarkaç sistemi kararsız dinamik yapısı nedeniyle yeni geliştirilen birçok kontrol teknolojisinin uygulama alanı bulduğu bir modeldir. Bu çalışmada, lineer ve lineer olmayan matematik modelleri çıkarılan ters sarkaç sistemi için durum geri beslemesi ve lineer kuadratik optimal kontrol tasarımları yapılmıştır. Bu tasarımlarla elde edilen kontrolcüler için elde edilen simülasyon sonuçları da verilmiştir. Elde edilen durum geri besleme kontrolcülerinin parametre değişiklerine dayanıklılığı da incelenmiştir. Ayrıca lineer olmayan sistem modeli için yine lineer olmayan bir kontrolcü olan bulanık mantık kontrolcüsü tasarlanmış ve performansı incelenmiştir. Sonuç olarak, ters sarkaç sistemi için, hızlı kontrolcü prototiplendirme metotları kullanılarak bir kontrolcü modeli ortaya çıkarılmıştır. Bu model ve çeşitli kontrol yöntemleri kullanılarak, ters sarkaç sistemi için tasarlanmış kontrolcü performansı iyileştirilmeye çalışılmıştır.

Rapid controller prototyping and hardware in the loop simulations are two important, computer aided engineering tools that support design and following implementation process. This thesis addresses the issue of these development systems. An inverted pendulum model and controller design using the rapid controller prototyping philosophy is taken as an application. The inverted pendulum system with its unstable dynamic structure helps understanding many of the new developed control systems. In this thesis work state feedback and linear quadratic optimal controller designs took place for both linear and non-linear mathematical models of the inverted pendulum system. Graphical simulations of the obtained controller have been made. The results of these simulations are also given. The robustness of the designed state variable feedback controller to the varying parameters is studied. A non-linear fuzzy logic controller is designed and the performance of this controller is examined for non-linear model of the system. As a result a controller model for the inverted pendulum system has been achieved by rapid controller prototyping methods. Using this model and various control methods, further optimisation has been carried out.