İki Tekerlekli Hareketli Platform Üzerindeki Bir Robot Kolun Modellenmesi ve Kontrolü

Abstract

This thesis presents Adaptive Model Predictive Control approach for a two-wheeled robot manipulator with varying mass. The mass variation corresponds to the robot picking and placing objects or loads from one place to another. A Linear Parameter Varying model of the system is derived consisting of local linear models of the system at different values of the varying parameter. An Adaptive Model Predictive Control controller is designed to control the fast-varying center of gravity angle in the inner loop. The reference for the inner loop is generated by a slower outer loop controlling the linear position using an Linear Quadratic Gaussian regulator. The control system is simulated on the nonlinear model of the robot, and the closed-loop performance of the proposed scheme is compared with a system having Proportional Derivative Integral controllers for both loops, Feedback Linearization Controller for inner loop, as well as one having Linear Quadratic Gaussian controllers for both loops. It is seen that Adaptive Model Predictive Control shows mostly superior and otherwise very good performance when compared to these two benchmarks in terms of reference tracking and robustness to mass parameter variations. Finally, comparison of two controllers Adaptive Model Predictive Control and Model Predictive Control comparison is presented in order to verify the leadership of the adaptive one for the future real-time implementation.

Bu tez çalışması değişken kütle koşulu altında Uyarlamalı Model Tabanlı Öngörücü Kontrol yaklaşımının İki-Tekerlekli Gezer Robot Platform sistemine uygulanmasını ele almaktadır. Sistemdeki kütle değişimi robotun bir yerden başka bir yere taşıdığı nesneleri alırken ve bırakırken ortaya çıkmaktadır. Değişken kütleli yapıyı tasvir edebilmek için farklı kütleler için tanımlanmş doğrusal denklemlerden meydana gelen Doğrusal Değişken Değişimli sistem türetilmiştir. Sistemin hızlı (kütle merkezi açısı) dinamiklerini kontrol edebilmek için Uyarlamalı Model Tabanlı Öngörücü Kontrol yaklaşımı tasarlanmıştır. Hızlı dinamikler için istenen açısal değerler, daha yavaş olan dış (doğrusal konum) kontrolcüsü Doğrusal Kuadratik Gauss kontrolcüsü tarafından yapılmaktadır. Kontrol sistemi doğrusal olmayan dinamik sistem üzerinde benzetim çalışmaları yapılmıştır. Bu kontrol yaklaşımı her iki dinamikleri de Oransal Integral Türevsel kontrol ile kontrol edilen kapalı çevrim sistemle karşılaştırılmış, daha sonra iç çevrimi Geribeslemeli Doğrusallaştırma ve dış çevrimi Doğrusal Kuadratik Gauss kontrolcüsü ile gerçeklenen kapalı çevrim yapıyla da sonrasında karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmalar neticesinde görüldüğü üzere Uyarlamalı Model Tabanlı Öngörücü Kontrol yaklaşımının bahsedilen üç adet referans kontrol yöntemine göre gezinge takibi ve kütle değişimine karşı olan gürbüzlük açısından üstünlüğü gözler önüne serilmiştir. Son olarak Model Tabanlı Öngörücü Kontrol ile karşılaştırma yapılarak uyarlamalı olanın ileride yapılacak olan uygulamalar için üstünlüğü kesinleştirilmiştir.