İki tekerlekli bir denge robotunun yörünge kontrolü için bulanık mantık tabanlı hiyerarşik kayan kip kontrolcü tasarımı

Bu çalışmada Bulanık Mantık Tabanlı Hiyerarşik Kayan Kipli Kontrol yöntemi kullanılarak İki Tekerlekli Kendini Dengeleyen bir Mobil Robotun yörünge takibi kontrolü gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında denge robotuna ait kinematik ve dinamik modeller elde edilmiştir. Ardından denge robotunun yörünge kontrolü için Bulanık Mantık Tabanlı Hiyerarşik Kayan Kipli Kontrolcü tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan kontrolcünün performansının kıyaslanabilmesi için ayrıca Klasik Kayan Kipli Kontrolcü, İntegral Kayan Kipli Kontrolcü, Hiyerarşik Kayan Kipli Kontrolcü, Doğrusal Kuadratik Regülatör Kontrolcü ve Oransal İntegral Türevsel Kontrolcü tasarımları gerçekleştirilmiş ve bu kontrolcülerin kararlılık analizleri yapılmıştır. Farklı bozucuların ve parametre belirsizliklerinin bulunduğu altı farklı senaryo için benzetim çalışmaları yapılmış ve tasarlanan tüm kontrolcülerin performansları test edilmiştir. Matematiksel modelleme, kontrolcü tasarımları ve benzetim çalışmaları MATLAB/Simulink yazılımında gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın son aşamasında, önerilen Bulanık Mantık Tabanlı Hiyerarşik Kayan Kipli kontrolcü ve diğer beş kontrolcünün performansları, cevap hızı, takip hatası ve gürbüzlük açısından değerlendirilmiş ve karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Kontrolcü performanslarının değerlendirilmesinde, Zaman Ağırlıklı Mutlak Hatanın İntegrali ve oturma zamanı kriterleri kullanılmıştır.

In this study, trajectory tracking control of a Two-Wheel Self-Balancing Mobile Robot was carried out using the Fuzzy Logic Based Hierarchical Sliding Mode Control method. In the first stage of the study, kinematic and dynamic models of the balance robot were obtained. Then, a Fuzzy Logic Based Hierarchical Sliding Mode Controller was designed for the trajectory control of the mobile robot. In order to compare the performance of the designed controller, Classical Sliding Mode Controller, Integral Sliding Mode Controller, Hierarchical Sliding Mode Controller, Linear Quadratic Regulator Controller and Proportional Integral Derivative Controller were designed and stability analyzes of these controllers were made. Simulation studies were carried out for six different scenarios with different disturbances and parameter uncertainties, and the performances of all designed controllers were tested. Mathematical modeling, controller designs and simulation studies were carried out in MATLAB/Simulink software. In the final stage, the performances of the proposed Fuzzy Logic Based Hierarchical Sliding Mode controller and five other controllers were evaluated in terms of response speed, tracking error and robustness and presented comparatively. In the evaluation of the controller performances, Time Weighted Integral of Absolute Error and Settling Time criteria were used.