Yapay zeka yöntemleriyle robotlarda model temelli arıza yalıtımı ve arızaya dayanıklı denetim
Model based fault isolation and fault tolerant control of robot manipulators using artificial intelligence methods
Yazar: TOLGA YÜKSEL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ABDULLAH SEZGİN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Manipülatör = Manipulator ; Sinir ağları = Nerve net

Özet:
Gelişmiş kontrol yöntemleri yaygınlaşırken, kesinlik özelliklerinin yanında, güvenilirlik ve olası arızaların bulunması, yalıtılması ve mümkünse arızalara dayanıklı olması özellikle tehlikeli otomatik kontrol dizgeleri için bir zorunluluk olmuştur. Bu tez çalışmasında robot manipülatörler için yapay zeka yöntemlerini kullanan ve gerçek dizge ile dizge modeli arasındaki fark işaretlerinin türetilmesi ve bu işaretlerin değerlendirilmesinden oluşan model temelli üç farklı arıza bulma-yalıtım şeması ve kazanç çizgeleme yöntemini kullanan bir arızaya dayanıklı denetim şeması önerilmiştir.Tez çalışmasında önerilen şemalar ANFIS ve sinir ağı gibi yapay zeka yöntemlerini modelleyici ve artık değerlendirici olarak kullanmaktadır.Önerilen 1. şema, arıza bulma için artıkların ve analitik fazlalıkların kendileri için tanımlı eşiklerin aşımlarını kullanırken, arıza yalıtımı için bu işaretlerin giriş olarak verildiği bir sinir ağını kullanmaktadır. Önerilen 2. şema ise genelleştirilmiş gözlemci şeması yaklaşımından yararlanarak her biri bir arızayı tanımlayan arızalı manipülatör modellerini gerçek manipülatör dizgesiyle artık işaretleri elde edecek şekilde kullanmakta ve bu işaretler karar çizelgesiyle yorumlanarak aynı anda arıza bulma ve yalıtım işlemleri gerçekleştirilmektedir. Önerilen 3. şema ise yakınsayıcı M-ANFIS'ler ile arıza işlevine yakınsayarak diğer iki şemadan farklılaşmaktadır.3. şemasının uzantısı olarak önerilen arızaya dayanıklı denetim şeması ise kazanç çizgeleme yöntemi ile robot manipülatöre ait denetliyicinin kazanç katsayılarını elde ettiği arıza işlevine göre değiştirerek arıza sonrasında geçici durum ve sürekli durum hatalarının arızalı durumdan daha az olmasını sağlamaktadır.Önerilen şemaların benzetimleri MATLAB altında yapılmıştır. Ayrıca önerilen şemalar ileriki çalışmalarda gerçek bir manipülatör üzerinde kullanılmak üzere tümden TMS320C6713 DSP üzerine ve ek olarak MATLAB-DSP ve Visual Basic-DSP arasında haberleşme ile C, MATLAB ve Visual Basic dilleri kullanılarak gömülmüştür.

Abstract:
While advanced control methods are becoming widespread, in addition to accuracy specifications, reliability and detection and isolation of possible faults and fault tolerance, if possible, have become an obligation for especially automatik kontrol systems. In this thesis study, for robot manipulators, three different model based fault detection-isolation schemes which are using artificial intelligence methods and which are formed of generation of difference signals between the real system and the model of the system and evaluation of these signals and a fault tolerant control scheme which is using gain scheduling method are proposed.Proposed schemes in the thesis study are using artificial intelligence methods like ANFIS and neural network as modeller and residual evaluator.The 1. proposed scheme is using the excess of residuals and analytical redundancies defined for each for fault detection as using a neural network with these signals as inputs for fault isolation. The 2. proposed scheme is using faulty manipulator models defining each fault by utilizing the approach of generalized observer scheme to obtain residual signals with real manipulator and fault detection and isolation operations are implemented simultaneously by interpreting these signals with a decision table. The 3. proposed scheme differs from the other two schemes by approximating fault function with M-ANFIS approximators.As an extension of the 3. scheme, the proposed fault tolerant control scheme proves less transient and steady state errors than the faulty condition by scheduling gain coefficients of the controller of the robot manipulator with gain scheduling method.Simulations of the proposed schemes are implemented under MATLAB. Furthermore,in order to use in the future studies on a real manipulator, the proposed schemes are embedded wholly on TMS320C6713 DSP and additionly, with communication between MATLAB-DSP and Visual Basic-DSP, they are embedded using C, MATLAB and Visual Basic languages.