Bir robotun bulanık mantıklı kayan kipli kontrolü
Fuzzy logic sliding mode control of a robot
Yazar: YÜKSEL HACIOĞLU
Danışman: PROF.DR. NURKAN YAĞIZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Robotlar ilk zamanlarda daha çok endüstriyel uygulamalarda kullanılmak üzeretasarlanmış ve bu yönde gelişim göstermişlerdir. Günümüzde ise tıpta, meteorolojikçalışmalarda, sualtı araştırmalarında, savunma sanayisinde, uzay araştırmalarında vedaha birçok alanda kullanılmaktadır.Robotlar yaygınlaştıkça, robot kontrolü ile ilgili çalışmaların önemi de giderekartmaktadır. PID kontrol gibi geleneksel kontrol yöntemleri, dış bozucu etkilerin,parametre değişimlerinin ve belirsizliklerinin olduğu durumlarda iyi neticevermeyebilir. Robust bir kontrol yöntemi olan Kayan Kipli Kontrol ise bu gibidurumlarda başarı ile uygulanabilmektedir. Bu yöntemde sistemin süreksiz bir kontrolkuralı ile kayma yüzeyine ulaşması sağlanmaktadır. Kayma yüzeyine ulaşan sistem buyüzeyde kayarak sıfır hataya gitmektedir. Bulanık Mantık ise bir sistemin kontrolündeuzman kişilerden dilsel ifadeler olarak alınan bilgilerin bulanık mantık kuralları ile ifadeedilebilmesine olanak tanımaktadır.Bu çalışmada bulanık mantık ile kayan kipli kontrolün avantajlarını bir araya getiren birkontrol mekanizmasının tasarlanması ve bir robotun kontrolünde kullanılmasıamaçlanmıştır. Bu maksatla tezin ikinci bölümünde bu çalışmada kullanılankontrolcülerle ilgili temel bilgiler ve bu kontrolcülerle ilgili literatürde yapılançalışmalar verilmiştir. Üçüncü bölümde ise robotların kinematik ve dinamik analizi, PDKontrol, Bulanık Mantık ve Kayan Kipli Kontrol hakkında detaylı bilgi verilmiştir.Dördüncü bölümde, iki serbestlik derecesine sahip, dönel eklemli düzlemsel robotkolunun ileri ve ters kinematik analizi yapılmış ve hareket denklemleri çıkartılmıştır.Robot kolunun izleyeceği yörünge tanımlandıkan sonra, PD kontrol, Bulanık MantıklıKontrol ve Kayan Kipli Kontrol yöntemleri uygulanmıştır. Ardından bu çalışmadageliştirilen, kayan kipli kontrolcünün kontrol kazancının ve kayma yüzeyi eğimininbulanık mantık ile belirlendiği, Bulanık Mantıklı Kayan Kipli Kontrolcü tanıtılmış vebu kontrolcü de robot medeline uygulanmıştır. Ayrıca tüm bu kontrolcülerin robust olupolmadıkları kontrol edilmiştir. Son bölümde, uygulanan kontrolcülerin performanslarırobustluk özelliği de dahil olmak üzere değerlendirilmiş, geliştirilen kontrol yöntemininverdiği sonuçlar tartışılmıştır.

Abstract:
At first robots have been designed to be used mainly in industrial applications and havebeen become widespread in this direction. Nowadays, they are used in the medicine,meteorological studies, underwater researches, defense industry, space researches andso on.As robots become widespread, importance of studies about robot control are increasing.Conventional controllers like PID control could not give good results in the presence ofdisturbances, parameter variations and uncertainties. In this case Sliding Mode Control,which is a robust control method, can be applied succesfully. In this method by using adiscontinious control rule, sistem is assured to reach the sliding surface. The system,which has reached the surface, slides on this surface until error goes to zero. On theother hand Fuzzy Logic gives us the ability to express the knowledge, which was takenfrom the experts as linguistic expressions, via fuzzy logic rules.In this study it was aimed to design a control mechanism that brings the advantages offuzzy logic and sliding mode control together and to use it to control a robot. For thispurpose in the second chapter of the thesis basic information and studies carried out inthe literature about the controllers, that have been used in this study, are given. In thethird chapter detailed information about kinematic and dynamic analyses of robots, PDcontrol, fuzzy logic and sliding mode control are given. In the fourth chapter forwardand inverse kinematic analyse of a two degrees of freedom planar robot arm withrevolute joints are made and motion equations are obtained. After the definition oftrajectory that robot would track, PD control, fuzzy logic control and sliding modecontrol methods were applied. Then the proposed Fuzzy Logic Sliding Mode Control, inwhich control gain and slope of the surface of sliding mode control is determined byfuzzy logic, is presented and applied to the robot model. Robustness of all controllersare checked also. In the final chapter, performances of all controllers includingrobustness are assesed. Finally the results, obtained by using the proposed controlmethod, are discussed.