Kayma kipli kontrol yaklaşımlarının ters sarkaç sistemine uygulanması
Controlling an inverted pendulum system using sliding mode control techniques
Yazar: AHMET YAZICI
Danışman: DOÇ.DR. ABDURRAHMAN KARAMANCIOĞLU
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2000
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Denetim = Control ; Kayan kipli denetim = Sliding mode control ; Ters sarkaç = Inverted pendulum

Özet:
ÖZET Bu çalışmada, ters sarkaç sistemine bilinen integral destekli kutup yerleştirme, doğrusal-kuadratik kontrol ve kayma kipli kontrol yaklaşımları uygulanarak, kayma kipli kontrol ile diğer yöntemlerin performans ve gürbüzlük karşılaştırmaları yapılmaktadır. Tüm yöntemlerde denetleyiciler ters sarkaç sisteminin doğrusal yaklaşığına göre tasarlanıp, doğrusal olmayan modele uygulanmaktadır. Genel bir alt yapı oluşturması açısından Bölüm 2 de LTI sistemler için sürekli zaman ve kesikli zaman sistemlerinin çözümleri ele alınıp, sürekli-kesikli zaman sistemleri arasındaki ilişki incelenmektedir. Daha sonra, Bölüm 3 de kolay anlaşılabilirliği açısından LTI sürekli zaman sistemleri kullanılarak kayma kipli kontrolün temelleri verilip, LTI sürekli zamanda literatürde bilinen bazı kayma kipli denetleyici tasarım yöntemleri irdelenmektedir. Bölüm 4 te ise LTI kesikli zaman sistemleri için, literatürde olan olgunluğu çerçevesinde, kayma kipli denetleyici tasarımları incelenmektedir. Kontrol yöntemlerinin performans ve gürbüzlük karşılaştırmalarının yapılacağı ters sarkaç sisteminin doğrusal ve doğrusal olmayan modeli Bölüm S de elde edilmektedir. Doğrusal olmayan sistem modelinin doğruluğu bazı testlerle de incelenmektedir. Daha sonra integral destekli kutup yerleştirme, doğrusal-kuadratik kontrol ve kayma kipli kontrol yöntemleri kullanılarak, ters sarkacın sonlu zamanda belli bir referans girdisini takip etmesi sağlanmaktadır. Bölüm 6 te ise ters sarkaç sistemi kullanılarak, kontrol yöntemleri performans ve gürbüzlük açısından karşılaştırılmaktadır. Doğrusal olmayan sistem modeli kullanılarak yapılan karşılaştırmalarda performans açısından en iyi sonucu, kayma kipli kontrol yöntemlerinden orantılı denetleyicilerden birine anahtarlamada bant kullanımı yöntemi göstermektedir. Gürbüzlükte ise en iyi sonucu, kayma kipli kontrol yöntemlerinden röle kontrol uygulaması göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Kayma Kipli Denetim, Gürbüz Denetim, Ters Sarkaç Denetimi

Abstract:
ABSTRACT In this study, performance and robustness of sliding mode techniques are analyzed utilizing an inverted pendulum system. The results are compared with those obtained for integral control with state-feedback and linear quadratic control methods. In all cases controllers are designed for linearized model of inverted pendulum system and applied to the actual nonlinear model. In Chapter 2, solutions of continuous and discrete-time linear time invariant sytems are studied, and discretization of continuous time model is presented. Following this, basics of sliding mode control are given for continuous linear time invariant systems, and some types of sliding mode control techniques are analyzed. Sliding mode control of discrete linear time-invariant systems are covered in Chapter 4 regarding their maturity in the literature. Linear and nonlinear system model of inverted pendulum system are derived and tested in Chapter 5. After this, using integral control with state feedback, linear- quadratic control and sliding mode control techniques, step response of inverted pendulum system are obtained. Performance and robustness comparisions are made in Chapter 6. In performance comparisions, the best result is obtained for the technique of switching to one of the proportional controllers with a layer, which is one of the techniques in sliding mode control. Another sliding mode control technique, relay control, is shown to be most robust. Keywords: Sliding Mode Control, Robust Control, Control of Inverted Pendulum System. vr