Belirsizlik içeren nonlineer sistemler için kayan kipli denetim tasarlanması
Sliding mode control design for a class of uncertain nonlinear systems
Yazar: TİMUR CHOBAN KHİDİR
Danışman: DOÇ. DR. METİN U. SALAMCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bulanık = Fuzzy ; Bulanık analiz = Fuzzy analysis ; Bulanık denetim sistemleri = Fuzzy control systems ; Bulanık denetleyiciler = Fuzzy controllers ; Bulanık mantık = Fuzzy logic ; Bulanık sistemler = Fuzzy systems ; Doğrusal olmayan = Nonlinear ; Doğrusal olmayan kontrol = Nonlinear control ; Kayan kipli denetim = Sliding mode control ; Robot denetim = Robot control ; Sarkaç sistemi = Pendulum system

Özet:
Doğrusal olmayan sistemlerde iyi izleme ve düzenleme karakteristiklerini garantileyecek kontrolcüler tasarlama konusunda, bozunum ve parametre belirsizliklerinin olduğu durumlarda daha yüksek doğruluk elde etme isteği ba?lıca amaç olmu?tur. Buna, biri de kayan kipli kontrol olan gürbüz kontrol yöntemleriyle ula?ılabilir. Bozunum ve eksik bilgi içeren kompleks sistemlerde çalı?ırken geleneksel kontrolcülerle yüksek ba?arı elde etmek güçtür. Bulanık mantık denetleyici, ileri derece bilgi uygulamalarına yönelik en kullanı?lı yakla?ımlardan biridir. Bulanık sistemlerin genel yakla?ma kabiliyetleri sayesinde, kontrol kuralı yapılandırılarak uyarlamalı bulanık sistemlerde sistem modeli yakla?maktadır. ?zleme performanslarını iyile?tirmek için, uyarlama kuralları Lyapunov temelli kararlılık analizinden sentezlenir.Bu çalı?mada, belirsizlik içeren doğrusal olmayan sistemler için farklı kayan kipli kontrolcüler incelenmi?tir. Bu kontrolcülerden biri de uyarlamalı bulanık kayan kipli kontrolcüdür. Bu yöntemde; ilk olarak bulanık modeller kötü tanımlı sistem dinamiklerini açıklamak üzere olu?turulur. Sonra, kontrol kuralı verilen herhangi bir ba?langıç ko?ulu için izleme hatasını asimptotik olaraksıfıra öteleyecek yeterli ko?ullara göre bir formüle edilmi?tir. Bundan sonra, Lyapunov fonksiyonu uyarınca uyarlama kuralları ortaya konulmu?tur. Deği?tirilmi? uyarlama kuralları modelleme hatasını izleme hatasıyla birlikte i?lemek suretiyle elde edilmi?tir. SISO sistemleri için gerekli kontrol algoritması türetilmesi sunulmu? ve ardından MIMO sistemleri üzerine geni?letilmi?tir. Yöntem farklı doğrusal olmayan sistemlere uygulanmı? ve dolaylı uyarlamalı bulanık kayan kipli kontrol ile kar?ıla?tırılmı?tır. Kontrolcü, bir birinci derece doğrusal olmayan sisteme ve Duffing osilatörüne uygulanmak suretiyle test edilmi?tir. Ayrıca kontrol performansını göstermesi açısından bir bağlı ikiz sarkaç sistemi ve iki bağlantılı robotik kola da uygulanmı?tır. Görülmektedir ki uygulanan metodun bozuk yapılı ve bilinmeyen sistem dinamiklerinin olduğu durumlarda dahi düzenleme ve izleme hedeflerine ula?abildiği gösterilmi?tir. Bu tasarım, büyük çaplı mekanik sistemlerde uygulanabilirdir.

Abstract:
Demands for higher accuracy in the presence of disturbance and parameter uncertainty have been the prime motivation for designing controllers that guarantee the stability with good tracking and regulating characteristics of the nonlinear systems. This is achieved by robust control methods; one of which is the sliding mode control. It is very difficult for traditional controllers to handle complex systems, affected by disturbances and incomplete knowledge and to provide good response. The fuzzy logic control has been one of the most useful approaches for utilizing expert knowledge. With the universal approximation ability of fuzzy systems, the plant model is approximated by adaptive fuzzy systems to construct the control law. To improve the tracking performances, the adaptation laws are synthesized from the stability analysis in the sense of Lyapunov.In this study, different sliding mode controllers are investigated for a class of nonlinear systems. One of these controllers is the modified adaptive fuzzy sliding mode controller. In this method, the first fuzzy models are constructed to describe the dynamics of the ill-defined system. The control law is then formulated from the sufficient condition for driving asymptotically the trackingerror to zero for any initial states. Then, based on Lyapunov function the adaptive laws are derived.The modified adaptive laws are obtained from incorporating the modeling error with the tracking error. The control algorithm derivation for SISO systems is presented, and then extended to cover MIMO systems too. The method is applied to different classes of nonlinear systems and compared with the indirect adaptive fuzzy sliding mode control. The controller is tested by applying it to a first order nonlinear system and duffing oscillator system. It is also applied to a coupled double pendulum system and two-link robotic arm to demonstrate the control performance. It is shown that method can achieve regulation and tracking in spite of the presence of disturbance and unknown dynamics of plant. The design can be applied to a large class of mechanical systems.