Tek Bağlantılı Döner Esnek Eklem İçin LQG-LTR Kontrolör Tasarımı

Abstract

Bu tez çalışmasında, tek bağlantılı esnek bir manipülatör için yetersiz ölçüm durumunun varlığında kullanılabilecek doğrusal bir kuadratik kontrol yapısı için bir metodoloji sunulmuştur. Doğrusal Kuadratik Regülatör (LQR) yapısı, integral aksiyon ile genişletilmiştir. Genişletilen sistem üzerinde integral (LQG-I) destekli Doğrusal Kuadratik Gauss (LQG) kontrol sisteminin tasarımı yapılmıştır. Ölçülmeyen durumları tahmin etmek için Kalman tabanlı Doğrusal Kuadratik Tahminci (LQE) kullanılmıştır. LQG'nin kararlılığını artırmak için Döngü Transfer Kurtarma yöntemi (LTR) uygulanmış ve LQG kontrolörü LQR'ye yaklaştırılmıştır. LQR yapısı integral etkisiyle genişletilmiş ve bu yapı üzerine LQE ve LTR destekli bir LQG-I kontrolörün performansı dinamik bir model olan deneysel tek eklemli döner esnek mafsal vasıtasıyla analiz edilmiştir. Model üzerinde frekans alanında yapılan analiz ile LQG girişi tanımlı LTR analizi uygulanmıştır. Belirlenen parametrelerle sistemin farklı girişlerdeki cevabı analiz edilmiştir. Tüm durumların ölçülebildiği LQR kontrolör ile sadece bir durumun ölçülebildiği ve diğer durumların tahmin edildiği LQG kontrolör karşılaştırılmıştır.

In this thesis, a methodology for a linear control structure that can be used in the presence of inadequate measurement conditions for a single-linked flexible manipulator is presented. The Linear Quadratic Regulator (LQR) structure is extended with integral action. A Linear Quadratic Gaussian (LQG) control system with integral (LQG-I) support is designed on the extended system. A Kalman-based Linear Quadratic Estimator (LQE) is used to estimate unmeasured states. The Loop Transfer Recovery method (LTR) is applied to increase the stability of the LQG, approximating the LQG controller to the LQR. The LQR structure was extended with an integral effect, and the performance of an LQG-I controller supported by LQE and LTR was analyzed using a dynamic model, an experimental single-joint rotating flexible joint. The model was analyzed in the frequency domain, and LTR analysis was performed with the LQG input defined. The system's response at different inputs was analyzed using the specified parameters. The LQR controller, which can measure all states, was compared with the LQG controller, which can measure only one state and estimate the other states.