Genişletilmiş doğrusal matris eşitsizlikleri ile iki yönlü teleoperasyon sistemleri için dayanıklı h-sonsuz kontrolör tasarımı
Robust h-infinity controller design for bilateral teleoperation systems via dilated linear matrix inequalities
Yazar: BİLAL GÖRMÜŞ
Danışman: DOÇ. DR. HAKAN YAZICI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu yüksek lisans tezinde, odaklanılan yöneten/yönetilen alt sistemin kütle ve sönüm katsayılarında politopik tipte parametrik belirsizlikler olan iki yönlü teleoperasyon sistemi için dayanıklı durum-geri beslemeli H-sonsuz kontrolörü önerilmiştir. Önerilen yeni tasarım yöntemi, dayanıklı kararlılık ile başarılı referans izleme ve kuvvet yansıması performansı sağlar. İki performans hedefi ve dayanıklı kararlılık gerekliliği birbiriyle ödünleştiğinden, iki yönlü teleoperasyon sisteminin kontrolü çok amaçlı bir probleme dönüşür. Bu kontrol problemi, kontrol stratejisinin pratikte uygulanabilirliğini azaltan tutuculuğa neden olur. Önerilen yöntem, genişlemiş doğrusal matris eşitsizlikleri ile tutuculuğu azaltır. Ayrıca önerilen yöntemle karşılaştırmak için standart doğrusal matris eşitsizliğine dayalı politopik tipte dayanıklı kontrolör tasarlanmıştır. Benzer şekilde politopik tipte kontrolörlerle karşılaştırmak için, normu sınırlı tipte belirsizlikler hem standart hem de genişletilmiş dayanıklı H-sonsuz kontrolör tasarımlarında kullanılmıştır.
 
Tek serbestlik dereceli belirsiz iki yönlü teleoperasyon sisteminin sayısal benzetim sonuçları, genişletilmiş doğrusal matris eşitsizliği temelli H-sonsuz kontrolünün, standart H-sonsuz kontrole kıyasla daha düşük H-sonsuz normu karşıladığını göstermektedir. Dahası önerilen yöntemin, zorlayıcı normu sınırlı ve politopik tipte parametre belirsizliklerine rağmen performans hedeflerine ulaşmada çok başarılı olduğu görülmektedir. Ayrıca politopik tip belirsizlikler için H-sonsuz kontrolü, normu sınırlı belirsizlikler için H-sonsuz kontrolünden daha yüksek belirsizlik sınırını karşılar.

Abstract:
In this M.Sc. thesis, a robust state-feedback H-infinity controller is proposed for a bilateral teleoperation system having polytopic type parametric uncertainties on mass and damping coefficient of the considered master/slave subsystem. The proposed new design method ensures robust stability and successful reference tracking and force reflection performance. As two performance objectives and robust stability requirement are conflicting with each other, the control of the bilateral teleoperation system turns into a multi-objective problem. This control problem causes conservatism, which decreases practically applicable of the control strategy. The proposed method reduces the associated conservatism with dilated linear matrix inequalities. Moreover, in order to compare with the proposed method, standard linear matrix inequality based polytopic type robust controller is designed. Similarly, to compare with polytopic type controllers, norm-bounded type uncertainties are used for both standard and dilated robust H-infinity controller design.
 
Numerical simulation results on a one-degree-of-freedom uncertain bilateral teleoperation system show that dilated linear matrix inequality based H-infinity -control satisfies lower H-infinity -norm than a standard H-infinity -control. Moreover, the proposed method demonstrates a very successful performance in achieving performance objectives despite the stringent norm-bounded and polytopic type parameter uncertainties. Besides, the H-infinity -control for the polytopic type uncertainties satisfies higher uncertainty bound than the H-infinity -control for the norm-bounded uncertainties.