Uzaysal hareket eden taşıtların stewart platform mekanizması ile tek noktadan kuvvet geri beslemeli kontrolü
Single point control of spatially moving vehicles using stewart platform mechanism enabling force feedback
Yazar: İBRAHİM YILDIZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VASFİ EMRE ÖMÜRLÜ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Teorisi ve Dinamiği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada uzaysal, altı eksenli, hareket yapabilen bir 3x3 Stewart Platformunun kinematik denklemleri çıkarılmış, bu denklemler Newton-Raphson ve yapay sinir ağları kullanılarak Matlab ve Visual Basic programları kullanılarak çözülmüştür. Ayrıca çözümler deneysel sisteme de uygulanmış, sonuçlar incelenmiştir.Stewart platformunun kinematiğinin yanı sıra, bu çalışmada, mekanizmanın dinamiği, bağ-grafik modelleme yöntemi ve Matlab-Simmechanics kullanılarak modellenmiş, oluşturulan modellerin doğruluğu deneysel sistem ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca sistemin bağ-grafik modelinden elde edilen durum uzayı denklemlerinden faydalanılarak modellenen sistemin kararlılığı incelenmiştir.Modellenen sisteme ve deneysel sisteme PD, bulanık mantık PD, kazanç ayarlamalı bulanık mantık PD konum kontrolü uygulanmış, kuvvet sensörü de kullanılarak bu denetleyiciler üzerinden konum kontrolü tabanlı katılık ve empedans kuvvet kontrolü uygulanmıştır. Kuvvet ve moment hataları göz önüne alınarak çalışan kuvvet tabanlı doğrudan (explicit) kuvvet kontrolü deneysel sisteme uygulanan kuvvet kontrol yaklaşımlarından birisidir.Çalışmanın amacı doğrultusunda, uzaysal hareket edebilen 4 rotorlu hava aracının (?quadrotor?), Newton- euler yöntemi kullanılarak matematik modeli oluşturulmuş, oluşturulan model matlab programı ile simüle edilmiş ve PID tabanlı kontrol yöntemi kullanılarak kontrolü kontrol katsayılarının optimizasyonu ile beraber gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan model Visual basic programına aktarılmış ve ?3d developer studio? kütüphanesi kullanılarak görsel kullanıcı arayüzü inşa edilmiştir.Oluşturulan arayüz ile, deneysel kuvvet geribeslemeli stewart platform mekanizmasının arayüzünün eşzamanlı çalışması sağlanmış, bu yöntemle kullanıcının sanal olarak oluşturulan ?Quadrotor? hava aracını stewart platform mekanizması ile kumanda etmesi sağlanmıştır. ?Quadrotor? arayüzünde iki farklı senaryo oluşturularak, çeşitli koşullarda kontrol ve kumanda performansları karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this study, kinematic equations of a 3x3 Stewart Platform Mechanism are derived and forward kinematics of these equations are solved by Newton-Raphson and Neural network methods. These solutions are simulated under Visual Basic and Matlab software and are compared with experimental data.In addition to kinematic solutions, dynamic model of the mechanism is obtained by bond-graph approach and Matlab-Simmechanics program. This study also includes the experimental validation of dynamic models. Stability of the dynamic model which is derived by bond-graph method is investigated using state-space equations of the system.PD, fuzzy PD and self tuning fuzzy PD type position controllers are applied to both dynamic model and the experimental system. Position based stiffness and impedance control approaches are also applied to the system with the help of 6 axis force sensor. A non position based force control method, explicit force control, is another control algorithm which is succesfully implemented to the experimental system.For the purpose of the study, a spatially moving vehicle called ?Quadrotor? is modeled using Newton-Euler approach and it is simulated with Matlab program. A PID based position controller is developed and controller gains are optimised for simulation. Dynamic model of ?Quadrotor? is adopted to Visual Basic program for visual demonstration. User interface of ?Quadrotor? is also constructed under Visual Basic using ?3d Developer Studio? library.The interface of the SPM and the interface of the Quadrotor are operated simultaneously with transfering datas bilateralley. Virtual Quadrotor model is manipulated with real Stewart Platform Manipulator with force feedback. Applied controller performances are investigated with two different scenarios and results are compared.