Seri ve paralel robotlarda parçacık sürü optimizasyonu ile yörünge kontrolörü tasarımı

---

Tezin Türü: Doktora

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

Tezin Onay Tarihi: 2012

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: OĞUZHAN KARAHAN

Danışman: Zafer Bingül

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tezde, seri ve paralel robotlar için yörünge kontrolü sağlayan parçacık sürü optimizasyon (PSO) tabanlı farklı kontrolörlerin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu kontrolörleri test etmek için seri robot olarak iki serbestlik dereceli (DOF) düzlemsel robot ve paralel robot için 6 DOF Stewart Platform'u seçilmiştir. Bu manipülatörlerin kinematik ve dinamik analizleri, simülasyon modeli ve yörünge kontrolü ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir.2 DOF robotun yörünge kontrolü için sırasıyla PID kontrol, bulanık kontrol ve kesir dereceli PID (FOPID) kontrol yapıları geliştirilmiştir. Bu kontrolörlere ait parametreler PSO algoritması kullanılarak optimize edilmiştir. Birinci simülasyon çalışmasında, eklem uzayı yörünge takip kontrolü için robota PID-PSO ve Bulanık-PSO kontrolörleri uygulanarak simülasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. İkinci çalışmada ise yörünge kontrolü için PSO ve genetik algoritma (GA) teknikleri ile FOPID kontrolörüne ait parametreler optimize edilmiştir. Ayrıca kontrolörlerin optimizasyonunda, maliyet fonksiyonların etkilerini göstermek amacıyla her iki çalışma için 3 farklı maliyet fonksiyonu kullanılmıştır. Optimize edilen kontrolörlerin performanslarını karşılaştırmak ve bu kontrolörlerin sağlamlığını test etmek için sistemin model parametreleri değiştirilmiş, sisteme değişik varyanslı gürültü eklenmiş ve farklı yörüngeler verilmiştir. Sonuç olarak, hem farklı yörünge hem de değişik tipteki ve büyüklükteki bozuculara karşı robotun yörünge kontrolü için PSO ile parametreleri ayarlanan Bulanık ve FOPID kontrol yapıları ile sağlam kontrolörler tasarlanabilmiştir. 6 DOF Stewart Platform'un dinamik modelini doğru bir şekilde elde etmekte en önemli adım Jacobian matrisinin elde edilmesidir. Burada, Jacobian matrisi iki farklı şekilde elde edilmiştir. Ayrıca bacaklarda yer alan eyleyicilerin mekanik ve elektriksel dinamiği çıkarılarak manipülatörün katı gövde dinamiğine eklenmiştir. İki farklı Jacobian matrisine göre çıkarılan tüm sistemin dinamiği MATLAB-SIMULINK ortamında modellenip, fiziksel robot üzerinde model doğruluğu için yörünge deneyleri yapılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda, elde edilen dinamik matematiksel model, yüksek doğrulukla fiziksel sistemin davranışını karşılamaktadır. Manipülatörün eklem esaslı yörünge kontrolü için geleneksel PID, FOPID, bulanık PID ve bulanık FOPID kontrol yapıları geliştirilmiştir. Dinamik model kullanılarak, PSO ile bu kontrolörlere ait parametrelerin en iyi değerleri bulunmuştur. Optimize edilen kontrolörler ile fiziksel Stewart Platform manipülatörü üzerinde yörünge takip deneyleri yapılarak kontrol performansları karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda en iyi sonuçları sırayla bulanık FOPID, bulanık PID, FOPID ve PID sağlamıştır. Özellikle bulanık FOPID, yörünge kontrolünde oldukça yeni bir yaklaşımdır.