Adaptif bulanık kesir dereceli kayan kipli kontrol yapısının insansız araçların denetimine uygulanması

Abstract

Kayan Kipli Kontrol (KKK) yöntemi, sistemdeki gürültülere karşı gürbüz bir davranış göstermesi, parametre değişimlerinden etkilenmemesi ve doğrusal olmayan bir kontrol yöntemi olması nedeniyle kontrol mühendisliği uygulamalarında popülerdir. Bununla birlikte sistemin kapalı döngü kontrolünde, kontrolcünün süreksiz yapısından kaynaklanan çatırtı etkisi, modellenmemiş dinamiklerin uyarılmasına ve mekanik anlamda sisteme zarar verebilecek yüksek frekanslı salınmalara neden olabilir. Çatırtı etkisinin azaltılması için literatürde farklı yöntemler geliştirilmiş ve çeşitli yaklaşımlar önerilmiştir. Bu tez çalışmasında, kayan kipli kontrolcünün kayma yüzeyi önce kesir dereceli olarak tasarlanmış ve kontrol işaretindeki çatırtının azaltılması hedeflenmiştir. Daha sonra, tasarımı gerçekleştirilen Kesir Dereceli Kayan Kipli Kontrolcünün (KDKKK) sistemdeki parametre değişimlerine kendini adapte edebilmesi için kayma yüzeyi ifadesindeki G tasarım parametresi adaptif bulanık kontrol yöntemi ile güncellenmiştir. Yeni bir yaklaşım olarak önerilen adaptif bulanık kesir dereceli kayan kipli kontrolcünün performansı önce insansız kara ve hava araçlarının benzetim modelleri üzerinde, ardından tasarımı gerçekleştirilen kara aracı ve düşük maliyetli bir quadrotor sisteminde gerçek zamanlı olarak test edilmiştir. Ayrıca önerilen kontrol metodu KKK ve KDKKK'ler ile kıyaslanmış ve elde edilen sonuçlar kontrolcünün hem kara aracının gövde hızı ve yönelme açısı kontrolünü, hem de hava aracının yörünge takibini diğer iki kontrolcüye oranla daha az hata ile gerçekleştirdiğini göstermiştir.

Due to its useful properties such as robustness to disturbances, not affected parameter uncertainties and being as a nonlinear control method, the Sliding Mode Control (SMC) is very popular in control engineering applications. However, in the closed-loop control system, the chattering effect due to the discontinuous structure of the controller can induce unmodeled dynamics and also cause high-frequency oscillations damaging the system mechanically. Different methods have been developed in the literature to reduce the chattering effect and various approaches have been proposed. In this thesis, the sliding surface of the sliding mode controller is first designed in fractional order and targetes to reduce the chattering effect in the control signal. Then, the G design parameter in the sliding surface is adapted by an adaptive fuzzy control method so that the fractional-order SMC (FOSMC) can adapt itself to the parameter changes in the system. The performance of adaptive fuzzy fractional-order sliding mode controller, proposed as a new approach, is tested on the simulation models of unmanned ground and unmanned aerial vehicles then, tested in real time on a designed unmanned ground vehicle and a low cost quadrotor system. In addition, the proposed control method is compared with the SMC and the FOSMC. The obtained results show that the controller performs the speed and direction angle control of the ground vehicle as well as the aerial vehicle's trajectory tracking with less error than that of the other two controllers.