Elektrikli tekerlekli sandalyenin ayrık-zaman optimal kontrolü

Abstract

Anahtar kelimeler: Elektrikli Tekerlekli Sandalye (ETS), Açısal Hız, Bozucu, Gözlemci, Model Öngörülü Kontrol (MÖK), Bozucu Gözleyici Destekli Model Öngörülü Kontrol (BGDMÖK) Elektrikli tekerlekli sandalye (ETS) engelli kişilerce kullanılan hareketlilik yardımcısı cihazlardır. Bağımsız hareket etmesi gereken veya el ile tekerlekli sandalye kullanamayan insanlar için ETS yararlıdır ve gereklidir. Tekerlekli sandalyede hız kontrol edilecek en önemli unsurdur. ETS sürüşü sırasında ortaya çıkan belirsiz çevre etkileri veya bozucuları ETS hız kontrolünün temel problemidir. Bu tez çalışmasında, çok giriş çok çıkışlı ve kublajlı olan ETS'nin sağ tekerlek ve sol tekerlek açısal hızlarını bir birinden bağımsız olarak kontrol etmek ve bozucu etkisini ortadan kaldırmak için kontrol yöntemleri önerilmiş ve tasarımları yapılmıştır. ETS'nin enerji denklemleri yazılır ve bu denklemlerden ayrık-zaman durum denklemleri doğrudan elde edilerek ETS modellenir. Durum uzay modeli kullanılarak Luenberger gözleyici sağ tekerlek ve sol tekerlek DC motor akımlarını ve hızlarını kestirmek için tasarlanır. ETS’nin hız kontrolönü yapmak üzere ayrık-zaman optimal Model Öngörülü Kontrol (MÖK) ve bozucu etkisini ortadan kaldırmak için Bozucu Gözleyici Destekli Model Öngörülü Kontrol (BGDMÖK) önerileri yapılır ve ETS nin ayrık-zaman durum uzay modeli kullanılarak tasarım yapılır. ETS’nin elde edilen ayrık zaman durum uzay model doğrulaması, ETS’nin sağ ve sol teker hızlarının bozucu etkiler altında bağımsız kontrölü için önerilen MÖK ve BGDMÖK yöntemlerinin performans değerlendirmeleri ve karşılaştırmaları benzetim çalışmaları ile verilmektedir. DISCRETE TIME OPTIMAL CONTROL OF ELECTRIC POWERED WHEELCHAIR (EPW)

Keywords: Electric Powered Wheelchair (EPW), angular velocity, disturbance, observer, Model Predictive Control (MPC), Disturbance Observer Support to Model Predictive Control (DOSMPC) Electric powered wheelchair (EPW) is the mobility assistive device used by disabled persons. EPW is useful and necessary for people who are not able to use a manual wheelchair or for people who must move independently. The velocity of wheelchair is the important aspect to be controlled. The uncertain environmental effects or disturbances occuring during the EPW driving is the major problem of EPW velocity control. In this thesis, control methods have been proposed and implemented to eliminate the disturbance effect and to independently control the right and left wheel angular velocities of EPW that is a coupled and multi-input multi-output system. The energy equations are written and EPW is modeled by obtaining the discrete time state equations from the energy equations directly. By using state space model, the Luenberger observer is designed to estimate DC motor currents and velocities of right and left wheels. Discrete time optimal Model Predictive Control (MPC) for velocity control of EPW and Disturbance Observer Supported Model Predictive Control (DOSMPC) for eliminating disturbance effect are proposed and state space model of EPW is used in design. The discrete time state space model verification of the EPW is done by providing simulation results giving performance evaluation and comparison of MPC and DOSMPC methods proposed for independent velocity control of right and left wheels of ETS in the presence disturbance effects