Mekanik sistemlerin geri adımlamalı (backstepping) kontrolü
Backstepping control of mechanical systems
Yazar: YÜKSEL HACIOĞLU
Danışman: PROF. DR. NURKAN YAĞIZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan kontrol = Nonlinear control ; Gürbüz = Robust ; Robot kolu = Robot arm ; Taşıt süspansiyonu = Vehicle suspension

Özet:
Bu çalışmada, değişik mekanik sistemlerin kontrolü için, yeni geri adımlamalı kontrol yöntemleri tasarlanmıştır. Sistemin kontrolünde kullanılacak olan geri besleme kontrol kuralının ve sistemin kararlılık analizinde kullanılan Lyapunov fonksiyonunun sistematik bir şekilde elde ediliyor olması geri adımlamalı kontrol yönteminin tercih edilmesinin en önemli sebebidir. Diğer önemli bir sebep de, bu kontrol yönteminin doğrusal olmayan sistemlere de uygulanabilmesidir. Bu çalışmada, önce, doğrusal olmayan sistemlerin kararlılığı incelenmiş ve klasik geri adımlamalı kontrol yöntemi tanıtılmıştır. Sonra, bu tezde tasarlanan yeni geri adımlamalı kontrol yöntemleri sunulmuştur. Bu tezde tasarlanan yeni geri adımlamalı kontrolcülerde, eşdeğer kontrolün kestirimi yapıldığından, kontrol edilecek sisteme ait parametrelerin gerçek değerlerini bilme ihtiyacı büyük ölçüde ortadan kalkmaktadır. Böylece, daha uygulanabilir bir kontrolcü elde edilmektedir. Buna ilaveten, sabit bir kontrol katsayısının bilinmediği durum için de yeni uyarlamalı geri adımlamalı kontrolcü tasarlanmıştır. Ayrıca, dış bozucu etkilerin varlığında kullanılabilecek robust geri adımlamalı kontrolcü de tasarlanmıştır. Sonra, hem bilinmeyen parametrelerin hem de dış bozucu etkilerin varlığında kullanılabilecek, yeni robust ve uyarlamalı geri adımlamalı kontrolcü tasarlanmıştır. Ardından, geliştirilen geri adımlamalı kontrolcülerin kontrol kazançlarını sistemin durumuna göre ayarlamak için bir bulanık mantık birimi tasarlanmıştır. Böylece, bu bulanık mantık biriminin, tasarlanan yeni geri adımlamalı kontrolcülerle birlikte kullanılması sonucunda, yeni bulanık mantıklı geri adımlamalı kontrolcüler elde edilmiştir. Son olarak, tasarlanan bu yeni geri adımlamalı ve bulanık mantıklı geri adımlamalı kontrolcüler, tam taşıt aktif süspansiyon sistemi, aktif dinamik sönümleyicili dokuz katlı bina modeli ve üç uzuvlu uzaysal robot kol modeline uygulanmış ve elde edilen sonuçlar incelenmiştir.

Abstract:
In this study, new backstepping control methods are designed for the control of different mechanical systems. Obtaining the feedback control law for the control of the system and the Lyapunov function for the stability analysis of the system in a systematic way is the most important reason for choosing the backstepping control method. Another important reason is applicability of this control method to nonlinear systems. In this study, first, stability of nonlinear systems is reviewed and classical backstepping control method is introduced. Then, new backstepping control methods designed in this thesis are presented. Since equivalent control is estimated in the designed new backstepping control methods, the need for the knowledge of the actual values of the system parameters is substantially eliminated. Thus, a more applicable controller is obtained. Additionally, a new adaptive backstepping controller is designed for the case of an unknown constant control coefficient. Also, a robust backstepping controller is designed that can be used in the presence of external disturbances. Then, a new robust and adaptive backstepping controller is designed that can be used in the presence of both unknown parameters and external disturbances. Afterwards, a fuzzy logic unit is designed in order to tune the control gains of the designed backstepping controllers according to system states. Therefore, by using this fuzzy logic unit with the designed new backstepping controllers, new fuzzy backstepping controllers are obtained. Finally, the designed new backstepping and fuzzy backstepping controllers are applied to the full vehicle active suspension system, nine storey building model with an active dynamic absorber and three-link spatial robot model and the results are investigated.