Kalman filtresi ve yapay sinir ağları yardımı ile kuvvet tahmini

Abstract

Geçmişten günümüze yapıların incelenmesi ve değerlendirilmesi insanlığın işlevsel ve güvenilir yapılar üretmesinin kilit adımı olmuştur. Bir sistem, makine yada yapı hayata geçirilirken en optimum yaklaşım ile üretilmek ve ortaya konmak istenmektedir. Bir yapı hayata geçirilirken işlevselliğini uzun süreler boyunca koruması, dayanım ihtiyaçlarını karşılaması, üretilebilirliğinin, kütlesinin ihtiyaçlar doğrultusunda şekillenmesi ve ekonomik olması gibi en optimum tasarımı ortaya koymak için sistemler sonradan karşılaşabilecekleri durumlara karşın hazırlanmak istenmiştir. Bu yolculukta sistemin maruz kalacağı etkileri bilmek doğru incelemenin ve hedeflere ulaşabilmenin kilit adımı olmuştur. Dışarıdan gelen hesaplanamaz etkiler sistemleri karşılaşabilecekleri zorlanma durumlarına maruz bırakılmış ve etkiler öngörülmeye çalışılmıştı. Dış etkiler dışardan gelen raslantısal uyaranlar sebebi ile kolaylıkla hesaplanamadığından dolayı bu yol tercih edilmiştir. Bir aracı ele aldığımızda karşılaşabileceği yol yükleri, rüzgar sürtünmesi, içinde ki ağırlık bileşeni gibi etkiler ve bunların pozisyonları dolayısı ile yol ile temasını sağlayan aracın bütün bu etkilerin izdüşümü olarak şaftında, aksında vb. birçok bölgesinde zorlanmalar meydana gelir. Bu zorlanmalar ele alındığında hesaplanmak yerine kullanılması planlana ortamlarda test edilir. Bu test esnasında üzerine gelen etkilerin öğrenilmeye çalışılan komponentin üzerine ivme ölçerler ve straingaugeler konularak en kilit bölgelerinden yapı hakkında bilgiler toplanır. Bu toplanılan bilgiler doğrultusunda sistemin bütünü için önem taşıyan bu komponentlerin üzerine gelen yükler hesaplanılmaya çalışır. Bu sayede en doğru şekilde validasyon girdilerine sahip olunup sanala validasyon metodları ile lokal etkilerden aracın bütünün analizi yapılabilir. Bu gelişme daha az test sayısı ile güvenli bir yapıya ulaşmayı sağlar ve aracın tümü incelenir. Daha az maliyet ve zamanla ortaya bir ürünün çıkması süreci özünde sistemin üzerine gelen etkileri bilmekten geçer. Bu etkiler özellikle uçak, rüzgar türbini gibi akışkanlar vasıtası ile zorlanma durumuna maruz kalan komponentlerde etkiyen yükler, zor hesaplanabilmesinden öte hesaplanması mümkün olmayan durumları oluşturur. Bu gibi durumlarda benzer bir yol izlenerek yapının üzerine ivme ölçer, straingauge, basınç ve hız ölçerler yerleştirilerek elde edilen veriler yardımı ile kuvvet tahmin edilmeye çalışılır. Bu veriler birçok metod yardımı ile kuvvete tahmini yapmakta kullanılınır. Bu çalışmada kuvvet kestirim metodları incelenmiş. Başlıca kullanılanlar anlatılmıştır. Literatürden farklı kuvvete kestirim metodlarının etkinlikleri araştırılmıştır. Kalman filtresi tabanlı olan, doğrudan bir metod olarak değerlendirilen, frekans yanıt fonksiyonu tabanlı metot ve ağırlıklandırılmış ivmeler metodu karşılaştırılmış ve en doğru kuvvet kestirim sonucun kalman filtresi tabanlı metod yardımı ile ulaşılabileceği değerlendirilerek devam edilmiştir. Bunlar yapılırken kalman filtresi sadece sistemin dinamik durumunu öngörmeye yaradığı ve çıktıyı elde edebilmek için elde edilen durum vektörleri vasıtası ile en küçük kareler metodu kullanılarak kuvvet öngörüsü yapmaktadır. En küçük kareler yöntemi ile yapılan kuvvet tahminlerinin literatür araştırması yapıldığında sapmaları olduğu ve kalman filtresi yardımı ile iyi bir durum tahmini yapılsa da kuvvet kestirimi için kullanılan en küçük kareler metodunun yetersizlikleri olduğu gözlemlenmiştir.