Sarkaç taşıyan elastik kolun bulanık mantık tabanlı titreşim kontrolü

Abstract

Yatay düzlemde dönen, uç noktasında basit sarkaç asılı olan elastik kol, bazı robot manipülatörler ve dönel vinç gibi sistemlerin modellenmesinde kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, yatay düzlemde dönen, uç noktasına basit sarkaç asılı olan elastik kolun konum ve uç noktası titreşim kontrolü ile asılı sarkacın salınım kontrolü yapılmıştır. Çalışma kapsamında, ele alınan sisteme ait deney düzeneği oluşturulmuştur. Sistemin dinamik modeli Lagrange hareket denklemi ve MATLAB/Simulink yazılımı ile Solidworks programında oluşturulan katı model kullanılarak elde edilmiştir. Elastik kol konum ve titreşim kontrolü ile sarkaç salınım kontrolü için PID, hiyerarşik yapay sinir ağı tabanlı adaptif bulanık mantık ve yapay sinir ağı tabanlı adaptif aralık tip-2 bulanık mantık kontrolcüler geliştirilmiştir. Geliştirilen kontrolcülerin her birinin kullanılması durumu için sayısal simülasyonlar ve deneysel ölçümler yapılarak elastik kol konum açısı, uç deplasmanı ve sarkaç salınım açıları elde edilmiştir. Sayısal simülasyon ve deneysel çalışmalar, kontrol uygulanmayan sistem için de yapılmıştır. Sistemin hareket denklemlerinin çözülmesinde ve değişik türde kontrolcülerin kullanılması durumlarına ait sayısal simülasyonlarda MATLAB/Simulink yazılımı kullanılmıştır. Oluşturulan dinamik modelin uygunluğu sayısal simülasyon ve deneysel ölçüm çalışmalardan elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Sayısal simülasyon ve deneysel ölçüm çalışmalarında elde edilen sonuçların ışığında geliştirilen kontrolcülerin performansı mukayese edilerek değerlendirilmiş, geliştirilen kontrolcülerin performansı literatürde bulunan çalışmalara ait sonuçlarla karşılaştırılmıştır.

An elastic arm, rotating in the horizontal plane can be used in modelling rotary cranes or some type of robot manipulators. In this study, angular position and tip vibration control of an elastic arm rotating in the horizontal plane, carrying a simple pendulum at the tip end is realized together with swing control of the pendulum. An experimental set up is constructed for considered system. Dynamic model of the system is obtained through the use of Lagrange?s equation of motion and solid model which is obtained by using MATLAB/Simulink software and Solidworks program. PID, hierarchical artificial neural network based adaptive fuzzy logic and artificial neural network based adaptive interval type-2 fuzzy logic controllers are developed to be used in angular position and tip vibration control of the elastic arm and swing control of the pendulum. In the case of each of the developed controllers, values of angular position and tip deflection of the elastic arm and swing angle of the pendulum are obtained by numerical simulations and experimental measurements. Numerical simulations and experimental solutions are performed for uncontrolled case as well. Solution of equations of motion are obtained for developed controllers by MATLAB/Simulink software. Validation of the dynamic model is realized by comparing experimental and numerical simulation results. Performance of developed controllers are compared and evaluated by using numerical simulation and experimental measurement results. Obtained results are also compared with the results available in the literature.