Yörünge Takibi Benzetimi için Dört Serbestlik Dereceli Sualtı Aracının Dinamik Modelinin Çıkarılması ve Salp Sürü Algoritması Tabanlı Kesirli Dereceli PID Kontrolör Tasarımı

Tez Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği, Türkiye

Tez Danışmanı: Serhat Yılmaz

Tezin Onay Tarihi: 2024

Tezin Dili: Türkçe

Desteklendiği Program: Diğer

Özet:

Otonom su altı araçları (OSA) bilimsel, ticari ve askeri alanlar başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Bu araçlar, su altındaki görevleri otonom olarak yerine getirebilmek için çeşitli rehberlik ve kontrol sistemlerine ihtiyaç duyarlar. OSA'ların modellenmesi, sistem tanımlaması ve kontrolü, hala aktif araştırma ve geliştirme alanları içinde yer almaktadır. Bu tez çalışması kapsamında; düşük hızlı, denge durumunu koruyabilen, modüler ve simetrik yapılı bir su altı aracı geliştirildi. RedFin adı verilen aracın, ulusal insansız su altı sistemleri yarışmalarında Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü'nü temsil etmesi planlanmaktadır. Çalışmaların devamında su altı aracı RedFin'in dinamik model parametreleri tahmin edilerek matematiksel modeli elde edildi. Aracın dinamik model parametrelerinin tahmininde, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve analitik hesaplama tekniklerinden yararlanıldı. Statik ve dinamik havuz deneyleri ile model doğrulama çalışması yapıldı. Deneysel verilerden parametreleri tahmin etmek için en küçük kareler tahmin yöntemi (EKK) kullanıldı. Basit olmaları ve uygulama kolaylıkları nedeniyle PID (Orantılı-İntegral-Türevsel) denetleyiciler, birçok endüstriyel sistemin kontrolünde kullanılmaktadır. Tamsayılı olmayan diferansiyel denklemler ile tanımlanan dinamik modeller için Kesir Dereceli PID (KDPID) kontrol algoritması geliştirilmiştir ve daha hassas çözümler sunmaktadır. Bu çalışmada, OSA'nın yörünge takibi kontrolü için önce PID, daha sonra KDPID kontrolör tasarlandı ve her iki kontrolörün kazanç parametrelerinin optimizasyonu için sezgisel optimizasyon algoritmalarından Salp Sürüsü Algoritması (SSA) kullanıldı. Uygunluk fonksiyonu olarak; konum hatasının mutlak değerinin integrali (IAE) seçilmiştir. Yapılan benzetimlerde, SSA-KDPID'nin, SSA-PID'ye göre OSA'nın farklı yörüngeleri izlemede daha başarılı olduğu gözlenmiştir.