Fırçasız doğru akım motoru tahrikli üç serbestlik dereceli robot kolun modellenmesi ve kesir dereceli PID ile kontrolü
Modeling and fractional order PID control of the 3-dof robotic arm driven by brushless direct current motor
Yazar: ZAFER GÖK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN ÇELİK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında her bir eklemi Fırçasız Doğru Akım Motoru (FDAM) ile tahrik edilen üç serbestlik dereceli robot kolun modellenmesi ve kontrolü gerçekleştirilmiştir. Öncelikle robot kolun katı modeli SolidWorks programı kullanılarak oluşturulmuş ve gerekli eklentiler yardımıyla Matlab/Simulink ortamına aktarılmıştır. FDAM modeli Matlab/Simulink ortamında oluşturulmuş ve bu model ile robot kol modeli Matlab/Simulink ortamında birleştirilerek sistem oluşturulmuştur. Robot kolun kontrolü için gerekli olan eklem açılarını belirlemek için ters kinematik denklemler de oluşturularak Matlab/Simulink ortamına aktarılarak sistem ile bütünleştirilmiştir. Çalışmada kullanılan kontrolör parametrelerini belirlemek için son zamanlarda kontrol uygulamalarında yaygın bir şekilde kullanılan Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) algoritması kullanılmıştır. Benzetim çalışmaları hem PID kontrolörlü hem de Kesir Dereceli PID kontrolörlü durum için gerçekleştirilerek elde edilen sonuçlar incelenmiştir.
Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, hem Kesir Dereceli PID kontrolörün hem de PID kontrolörün FDAM tahrikli üç serbestlik dereceli robot kolun kontrolü için gereken performans kriterlerini sağladığı ve özellikle değişken referans konum değerlerinde Kesir Dereceli PID kontrolörün PID kontrolöre göre az da olsa daha iyi bir performansa sahip olduğu görülmektedir.

Abstract:
In this thesis, modeling and control of three-degrees-of-freedom robotic arm, each joint of which is driven by a Brushless Direct Current (BLDC) motor, is carried out. First of all, the solid model of the robotic arm is created using the SolidWorks software and transferred to the Matlab/Simulink environment with the help of necessary add-ons. The BLDC motor model is created in the Matlab/Simulink environment, and the system is created by combining this model and the model of the robotic arm in the Matlab/Simulink environment. In order to determine the joint angles required for the control of the robotic arm, inverse kinematic equations are created and transferred to the Matlab/Simulink environment and integrated with the system. Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, which has been widely used in control applications recently, is used to determine the controller parameters used in the study. Simulation studies are carried out for both the case with PID controller and Fractional Order PID controller, and the obtained results are analyzed.
When the results are analyzed, it is seen that both the Fractional Order PID controller and the PID controller meet the performance criteria required for the control of the BLDC motor driven three degrees of freedom robotic arm, and the Fractional PID controller has a slightly better performance than the PID controller, especially at variable reference position values.