Sanal elemanlar yardımı ile üst seviye robot kontrol sistemi tasarımı

Abstract

Kontrol edilmesi zor, karmaşık ve insan hayatını doğrudan etkileyen, çok pahalı mekanizmaları (uçak, nükleer santrallerde kullanılan robotlar, insansı robotlar vs.) kontrol edebilmek için yapılacak deneylerin gerçek mekanizma yerine mekanizmanın yaklaşık matematik modeli üzerinden benzetim ortamında yapılması daha doğru olacaktır. Bu tip mekanizmaları kontrol etmek için kullanılan geleneksel kontrol sistemleri de oldukça karmaşık, anlaşılması ve uygulanması güç sistemlerdir. Ayrıca mekanizmanın yapması istenen davranışların tamamını tek başlarına sağlamaları da neredeyse imkansızdır. Bu nedenle anlaşılması ve uygulanması daha kolay olan ve mekanizmanın doğal hareketlerini kolayca tanımlayabilecek kontrol sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Mekanizmaların hareketlerini sanal makine elemanları ile kontrol ediliyormuş gibi kontrol etmeye yarayan Sanal Eleman Kontrol Yöntemi bu ihtiyaçları sağlayabilecek bir kontrol tekniğidir. Fakat bu yöntemin de, tasarımında kullanılan sanal makine elemanlarının parametrelerinin nasıl belirleneceği konusunda geliştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada kontrol sistemlerinin test edilmesi için sıklıkla kullanılan tek kademeli bir ters sarkaç mekanizmasının kontrolü için Sanal Eleman Kontrol Yöntemi kullanılmıştır. Ters sarkacın yaklaşık matematik modeli Lagrange yöntemi, mekanizmanın sürtünme modeli ise Karnopp sürtünme modeli kullanılarak elde edilmiştir. Kontrol deneyleri benzetim ortamında gerçekleştirilmiştir. Karnopp sürtünme model parametreleri ile ters sarkacın kontrolünde kullanılan sanal elemanların parametreleri Yanıt Yüzeyi Yöntemi diye bilinen deney tasarım tekniği ile optimize edilmiştir. Optimize edilen parametreler ile gerçek mekanizmanın kontrolü de başarı ile gerçekleştirilmiştir.

It is desirable that to simulate complex mechanisms and life threatening experiments such as control of a plane, nuclear plant robots and humanoid robots in order to cut costs and save lives. Conventional control systems that are used to control such mechanisms are also quite complicated and it is difficult to understand and implement on such systems. Furthermore, it is virtually impossible for such mechanisms to care out intended performances alone. Therefore, methods which are easier to understand and implement and are able to identify the natural movements of the mechanism are needed. Virtual Model Control method, a control technique which is used to control the movements of the mechanisms with virtual machine elements, can satisfy these requirements. However, this technique requires improvements on determining the parameters of the virtual machine elements. In the present work, Virtual Model Control method is implemented in order to control an inverted pendulum mechanism which is often used to test the control systems. The approximate mathematical model and the friction model of the inverted pendulum are obtained by using Lagrange method and Karnopp friction model, respectively. The control experiments are performed in a simulation environment. The parameters of the Karnopp friction model and the virtual elements are optimised by using an experimental design technique called Response Surface Methodology. The real mechanism is successfully controlled by the optimised parameters.