İki tekerlekli denge araçları için geribeslemeli doğrusallaştırma tabanlı denetleyici tasarımı

Abstract

Her geçen gün gelişmekte olan dünyada, insan nüfusunun artışı ve şehirlerin büyümesiyle beraber küçük ve ekonomik olan kişisel ulaşım araçları daha popüler hale gelmektedir. Motosikletler son yarım yüzyılda oldukça kullanışlıydı ve buna alternatif olarak yeni yüzyılda iki tekerlekli denge araçlarının (İTDA) sayısı hızla artmaya başlamıştır. İnsan taşımacılığının yanında farklı versiyon ve eklentilerle endüstriyel alanlardan askeri alanlara kadar İTDA’ larının kullanım aralığı gittikçe artmaktadır. Bu çalışma kapsamında iki tekerlekli kendini dengeleyen mobil bir aracın denetimi gerçekleştirilmiştir. Aracın matematiksel modellemeleri enerji tabanlı Lagrangian yöntemi ile dinamik ve durum uzay denklemleri olarak oluşturulmuştur. İki tekerlekli denge aracı SOLİDWORKS çizim ortamında 3 boyutlu olarak tasarımı gerçekleştirilmiş ve MATLAB/SİMULINK ortamına aktarılmıştır. Araç MATLAB/SİMULINK ortamında hazırlanan denetleyiciye bağlanarak 3 boyutlu ortamda denetimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ters sarkaç sisteminin eğim ve konumunu izleyebilmek için 2 boyutlu simülasyonu da gerçekleştirilmiştir. Aracın denetiminde konumunun yanında denge açısının, sol/sağ dönüş açısı ve hızının denetimi gerçekleştirilmiştir. Bu denetimler esnasında motorlara aktarılması gereken enerji miktarı sürtünme enerjileri dâhil edilerek verilmiştir. İki tekerlekli denge aracının denetimi için tam durum Geribeslemeli doğrusallaştırma, Kutup Atama ve Lineer Kuadratik Regülatör denetim metotları kullanılmıştır. Kullanılan denetleyici metotlarının konum, denge açısı, hız ve motor tork değişimlerinin grafikleri verilerek karşılaştırmaları yapılmıştır. Yapılan karşılaştırmalarda Kutup atama yönteminin aynı şartlarda Geribeslemeli doğrusallaştırma ve Lineer Kuadratik Regülatör ’den daha hızlı yanıt verdiği görülmüştür.