İnsansız bir kara aracının yörünge takibi kontrolü için yeni adaptif kontrolcü yaklaşımları
New adaptive control approaches for the trajectory tracking control of an unmanned ground vehi̇cle
Yazar: HAYRİYE TUĞBA SEKBAN
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH BAŞÇİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Kumanda Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Amaç: Teknolojinin gelişimi ile birlikte insansız kara araçları (İKA), özellikle askeri ve akademik çevrelerce yoğun olarak çalışılan bir platform haline gelmiştir. Pek çok farklı alanda kullanılan İKA'larda genel olarak karşılaşılan problemler tasarım, işletme ve kontrol problemleridir. Tasarım ve işletme aşamasında karşılaşılan problemler yapılan işe özgü iken, kontrol problemleri daha geneldir. Kontrol problemleri arasında yer alan yörünge takip problemi yıllardır çalışılıyor olmasına rağmen, güncelliğini halen korumaktadır.  Bu tez çalışmasında, İKA'nın önceden belirlenmiş olan referans yörüngeyi minimum hata ile takip edebilmesi amacıyla yeni adaptif yörünge takip kontrolcüleri önerilmiştir. 
Yöntem: İKA'nın kinematik ve dinamik modeli kullanılarak tasarlanan kontrolcüler bozucu etkilere ve parametre belirsizliklerine karşı oldukça hassas olduğundan kontrolcü seçimi oldukça önemlidir. Bu nedenle, bu tez çalışması kapsamında ilk olarak, İKA'nın yörünge takip kontrolü için aracın doğrusal ve açısal hız hatalarını işleyerek, sistemi asimptotik kararlılığa getirecek olan kinematik kontrolcünün tasarımı gerçekleştirilmiştir. Ardından, İKA'nın istenilen referans yörüngeyi başarılı bir şekilde takip edebilmesi için parametre değişimlerine, ani bozucu etkilere ve kayan kipli kontrolcünün (KKK) çatırtı etkisine karşı sağlam özellikte model tabanlı adaptif kayan kipli kontrolcü (AKKK) tasarımları gerçekleştirilmiştir.
Bulgular: Tez kapsamında önerilen üç farklı AKKK yönteminin, karmaşık kontrolcü tasarımına ve parametrelerin aşırı büyük seçilmesine ihtiyaç duymadan daha az hesaplama yükü ile tatmin edici bir yörünge takip performansı sergiledikleri gözlemlenmiştir. Önerilen adaptasyon yöntemleri, kontrolcülerin bilinmeyen parametre belirsizlikleri ve dış bozucuları hesaba katarak istenen performansı yerine getirebilmesini sağlamıştır. Ayrıca önerilen kontrolcüler, İKA'nın istenen referans yörüngeye sonlu zamanda yakınsamasını ve sistemin asimptotik olarak kararlılığını garanti etmektedir. 
Sonuç: Simülasyon ortamında elde edilen sonuçlar incelendiğinde, önerilen üç kontrol yönteminin İKA'nın yörünge takip kontrolünü geleneksel KKK'ya oranla daha başarılı bir şekilde gerçekleştirdikleri gözlemlenmiştir.
Anahtar Kelimeler:  insansız kara aracı, yörünge takibi, kayan kipli kontrol, adaptif kontrol, adaptif kayan kipli kontrol.

Abstract:
Purpose: With the development of technology, unmanned ground vehicles (UGV) have become a platform intensively studied, especially by the military and academic circles. The problems generally encountered in UGVs used in many different areas are design, operation and control problems. While the problems encountered during the design and operation phases are specific to the work done, control problems are more general. Although the trajectory tracking problem, which is among the control problems, has been studied for years, it still remains up-to-date. In this thesis, new adaptive trajectory tracking controllers have been proposed with the aim of enabling the UGV to follow a predefined reference trajectory with minimum error. 
Method: Since the controllers designed using the kinematic and dynamic model of UGV are highly sensitive to disturbances and parameter uncertainties, the choice of controller is of great importance. Therefore, as part of this thesis study, the design of a kinematic controller, which processes the linear and angular velocity errors of the vehicle for trajectory tracking control of the UGV and brings the system to asymptotic stability, was first carried out. Then, adaptive sliding mode controller (ASMC) designs that are robust against parameter changes, sudden disturbances and the chattering effect of the sliding mode controller (SMC) were developed so that the UGV can successfully follow the desired reference trajectory.
Findings: Within the scope of the thesis, it was observed that the three different proposed ASMC methods exhibited satisfactory trajectory tracking performance with less computational burden, without the need for complex controller design or excessively large parameter selections. The proposed adaptation methods enabled controllers to achieve the desired performance by taking into account unknown parameter uncertainties and external disturbances. In addition, the proposed controllers guarantee that the UGV converges to the desired reference trajectory in finite time and that the system is asymptotically stable.
Results: When the results obtained in the simulation environment were examined, it was observed that the three proposed control methods performed the trajectory tracking control of the UGV more successfully than the traditional SMC.
Keywords: unmanned ground vehicle, trajectory tracking, sliding mode control, adaptive control, adaptive sliding mode control.