PID ve bulanık mantık kontrol sistemleri ile iki tekerlekli kendini dengeleyebilen robotik sistem tasarımı
Design of a two-wheel self-balancing robotic system with the PID and fuzzy logic control systems
Yazar: FURKAN PEÇE
Danışman: PROF. DR. SEDAT KARABAY
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Bu tezde, iki tekerlekli kendini dengeleyebilen robotik sistemin tasarımı ve kontrol yöntemleri üzerine çalışılmıştır. Ters sarkaç sistemiyle aynı prensibe sahip olan iki tekerlekli kendini dengeleyebilen robotik sistemlerin kontrolü, PID ve bulanık mantık kontrol sistemi ile sağlanmıştır. Matlab Simulink yardımıyla blok diyagramları oluşturulup sonuçlar karşılaştırılmıştır. Giriş olarak motorlardaki elektrik girişi ve çıkış olarak sistemin açısal değişimi kabul edilmiştir. Matematiksel denklemler, Kirchhoff gerilim ve Lagrange enerji yasalarından elde edilmiştir. Nonlineer denklemleri lineer hale getirip, sistemin durum uzay matrisine ulaşılmıştır. Tasarlanan iki tekerlekli robotik sistem, ters sarkaç mantığına göre kendini dengeye getirebilmektedir. Sistem denge pozisyonundayken, gövdenin açısal hareket yapmasıyla sistemin ağırlık merkezi değişmektedir. Ağırlık merkezindeki değişim ivmeölçer ile programlayıcıya geri besleme yaparak iletilir. Programlayıcı da motor sürücülerine yetki vererek sistemin tekerleklerine gerekli hareketi sağlar. Böylece sistem, kendini tekrardan denge pozisyonuna getirir. Sonuçlara göre, PID kontrolcünün bulanık mantık kontrolcüye göre sistemin denge ve konum kontrolünde daha iyi olduğu anlaşılmıştır. Prototip üretimi için ise, Arduino Uno kart, Mpu 6050 sensör, motorlar, motor sürücüsü, güç kaynağı ve şase için makrolon malzemeler kullanılmıştır.

Abstract:
In this article, the design and control methods of the two-wheel self-balancing robotic system were studied. PID and Fuzzy Logic control systems were used to control two-wheel self-balancing robotic systems which have the same principle as the inverted pendulum system. Block diagrams were created with Matlab Simulink, and the results were compared. The input of the system, the electrical input of the motors, the output of the system was considered as angular changes of the system. Mathematical models were derived from Kirchhoff voltage and Lagrangian laws of motion. The state-space matrix of the system was determined by transforming nonlinear equations to linear equations. The designed robotic system can balance itself according to the inverted pendulum logic. While the system is in balance position, the center of gravity of the system changes with the angular movement of the body. The change in the center of gravity is fed back to the controller with the accelerometer. The controller makes motor drivers to move to the wheels of the system. Thus, the system is brought back to the balance position itself. According to the results, it was found that the PID controller is better than the Fuzzy Logic controller in balance and position control of the system. Arduino Uno card, Mpu 6050 sensor, motors, motor driver, power supply and makrolon materials for chassis have used to obtain the prototype.