Elektro-hidrolik kolun gürbüz kontrolü
Robust control of electro-hydraulic arm
Yazar: MİTHAT ÖNDER
Danışman: PROF. DR. SERKAN AKSOY ; DOÇ. DR. ALPER BAYRAK
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezin odak noktası, elektro-hidrolik kol sistemi için bir gürbüz denetleyici tasarlamaktır. Ön çalışma olarak, elektro-hidrolik kol sistemlerinin yük basıncını gözlemlemek için Lyapunov tabanlı gözlemci tasarımı yapılmıştır. Kararlılık analizinde, gözlemci hatasının, keyfi olarak küçük olacak şekilde ayarlanabilen orijin civarına yakınsadığı kanıtlanmıştır. Önerilen gözlemcinin başarımı, Matlab/Simulink yazılım ortamında gerçekleştirilen sayısal benzetimlerle değerlendirmiştir. Gürültülü durumlarda, 𝑥2 durumu, 30 dB beyaz Gauss gürültüsüne maruz bırakılmıştır. Sayısal benzetim sonuçları, önerilen gözlemcinin hem gürültüsüz hem de gürültülü durumlarda verimli çalıştığını göstermektedir. Tezin ana konusu olarak, kendi kendini ayarlayan bir Hatanın İşaretinin Dayanıklı Tümlevi (HİDT) tabanlı geri adımlamalı denetleyici, dördüncü dereceden sistem modeline sahip olan elektro-hidrolik kol sistemi için tasarlanmıştır. Kontrol denetim kuralının gürbüz kısmını oluşturan HİDT denetleyici, model tabanlı parametrik belirsizliklerle başa çıkmak için bir geri adımlamalı kontrol stratejisi ile birleştirilmiştir. Klasik HİDT kontrol kuralından farklı olarak, daha düzgün bir kontrol sinyali elde etmek için 𝑠𝑔𝑛(.) fonksiyonu yerine 𝑡𝑎𝑛ℎ⁡(.) fonksiyonu kullanılmıştır. HİDT denetleyicisindeki tüm kazançlar, sürekli güncelleme kuralları kullanılarak ayarlanmıştır. Denetleyicinin başarımı, sayısal benzetimler yapılarak gösterilmiştir.

Abstract:
The focuses of this thesis is to design a robust controller for an electro-hydraulic arm system. In the first phase, a Lyapunov based observer design is proposed to observe the load pressure of electro-hydraulic arm systems. In the stability analysis, it is proven that the observer error converge to the vicinity of origin which can be adjusted to be arbitrarily small. The performance of the proposed observer is evaluated by computational simulations, which are conducted in Matlab/Simulink program. In the noisy cases, the state 𝑥2 is exposed to the 30 dB additive white Gaussian noise. The computational simulation results are given to demonstrate that the proposed observer work efficiently in both noise free and noisy cases. The second phase, a self-tuning Robust Integral of Sign of Error (RISE) based backstepping controller is designed for an electro-hydraulic arm system with a fourth-order system model. The RISE controller, which constitutes the robust part of the control rule, is fused with a backstepping control strategy to cope with model-based parametric uncertainties. Different from a classical RISE control rule, a 𝑡𝑎𝑛ℎ⁡(.) function is used instead of a 𝑠𝑔𝑛(.) function to obtain a smoother control signal. All the gains in the RISE controller are tuned by using continuous update rules. The efficiency of the controller is demonstrated by conducting numerical simulations.