Esnek sistemlerde özel frekanslarda artık titreşimlerin giderilmesi için hibrit giriş şekillendirici tasarımı ve genetik algoritma tabanlı çok amaçlı optimizasyonu

Öz

Çalışma, esnek sistemlerde artık titreşimleri ortadan kaldırmak için komut şekillendirici tasarımı ve optimizasyonuna odaklanmaktadır. Robotik, otomasyon, uzay ve savunma sanayii gibi çeşitli alanlarda pratik uygulamalara yönelik olarak, üç farklı girdi/komut şekillendirici önerilmektedir. Şekillendiricilerin ön komutu, sikloid, rampa ve rampa versin referans fonksiyonunun çözümü ile sıfır titreşim (ZV, ZVD, ZVDD) girdi şekillendiricilere ait darbe dizilerinin birleştirilmesiyle tasarlanmıştır. Tasarlanan ön komut Genetik Algoritma kullanılarak optimize edilmiş ve nihai hareket profili oluşturulmuştur. Çalışma, esnek sistemler için kritik parametreleri dikkate alan bir çok amaçlı fonksiyon geliştirmiştir. Bu fonksiyon, Ekstra Duyarsız girdi şekillendiricilere ait sağlamlık kısıtlamalarını da içermektedir. Üç farklı yaklaşım için, farklı titreşim frekansları içeren ikişer ayrı durum senaryosu oluşturulmuş ve her bir durumda artık titreşim oranı %10 ile sınırlandırılmıştır. Önerilen yöntemlerin etkinliği, hem teorik hem de deneysel olarak sarkaç tipi vinç sistemi üzerinde doğrulanmıştır. Optimizasyon sonucunda oluşan hareket profilleri ile farklı titreşim frekanslarında artık titreşimlerin başarıyla ortadan kaldırıldığı gösterilmiştir. Ayrıca optimize edilmiş hareket profilleri darbe dizilerinden oluşmaması eyleyicilerin ani ivmelenme ihtiyacını ortadan kaldırmıştır. Bu çalışma, esnek ve çok modlu sistemler için farklı titreşim frekanslarında oluşacak artık titreşimlerin bastırılmasına yönelik yenilikçi bir çözüm sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• girdi şekillendirici
• çok amaçlı optimizasyon
• genetik algoritma

Kaynakça

1. 1. Conker C., Kilic A., Mistikoglu S., Kapucu S., Yavuz H., An enhanced control technique for the elimination of residual vibrations in flexible-joint manipulators, Stroj Vestn - J Mech E, 60 (9), 592-599, 2014.
2. 2. Vaughan J., Yano A., Singhose W., Comparison of robust input shapers, Journal of Sound and Vibration, 315 (4-5), 797-815, 2008.
3. 3. Özkan B., Implementation of the sliding mode control method with a varying sliding surface on an electromechanical fin actuation system, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (3), 987-998, 2017.
4. 4. Eroğlu M., Koç M. A., Kozan R., Esen İ., Active control of quarter-car and bridge vibrations using the sliding mode control, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (4), 1957-1970, 2022.
5. 5. Abukan Y., Almalı M. N., Control of 2-Dof TRMS MIMO system using FOPID & FOSTSMC method, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (1), 605-616, 2022.
6. 6. Kaya F., Conker Ç., Bilgiç H. H., Multi-objective optimal tuning and performance comparison of the LQR controller for an underactuated motion control system with GA, ABC, VPS, and BB-BC algorithms, Mathematical Modelling and Numerical Simulation with Applications, 5 (2), 376-395, 2025.
7. 7. Kaya F., Conker Ç., Uydu esnek kanatlarının artık titreşim kontrolüne yönelik yapay arı kolonisi ve guguk kuşu optimizasyon algoritmaları ile LQR denetleyici tasarımı, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 26 (77), 316-324, 2024.
8. 8. Singer N. C., Seering W. P., Using acausal shaping techniques to reduce robot vibration, Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, New York, A.B.D., 1434-1439, 1988.

9. 9. Singer N. C., Seering W. P., Preshaping command inputs to reduce system vibration, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 112 (1), 76-82, 1990.
10. 10. Vaughan J., Yano A., Singhose W., Performance comparison of robust negative input shapers, Proceedings of the American Control Conference, Seattle, WA, A.B.D., 3257-3262, 2008.
11. 11. Singhose W., Seering W., Singer N., Residual vibration reduction using vector diagrams to generate shaped inputs, Journal of Mechanical Design, 116 (2), 654-659, 1994.
12. 12. Singhose W. E., Porter L. J., Singer N. C., Vibration reduction using multi-hump extra-insensitive input shapers, Proceedings of the American Control Conference, Seattle, WA, A.B.D., 3830-3834, 1995.
13. 13. Shan J., Liu H.-T., Sun D., Modified input shaping for a rotating single-link flexible manipulator, Journal of Sound and Vibration, 285 (1-2), 187-207, 2005.
14. 14. Singhose W., Seering W. P., Singer N. C., Input shaping for vibration reduction with specified insensitivity to modeling errors, Proceedings of the Japan–USA Symposium on Flexible Automation, Boston, A.B.D., 307-313, 1996.
15. 15. Alıcı G., Kapucu S., Baysec S., On preshaped reference inputs to reduce swing of suspended objects transported with robot manipulators, Mechatronics, 10 (5-6), 609-626, 2000.
16. 16. Kapucu S., Yildirim N., Yavuz H., Baysec S., Suppression of residual vibrations of a translating-swinging load by a flexible manipulator, Mechatronics, 18 (2), 121-128, 2008.
17. 17. Yavuz H., Mistikoglu S., Kapucu S., Hybrid input shaping to suppress residual vibration of flexible systems, Journal of Vibration and Control, 18 (1), 132-140, 2012.
18. 18. Fasih ur Rehman S. M., Mohamed Z., Husain A. R., Jaafar H. I., Shaheed M. H., Abbasi M. A., Input shaping with an adaptive scheme for swing control of an underactuated tower crane under payload hoisting and mass variations, Mechanical Systems and Signal Processing, 175, 109106, 2022.
19. 19. Al-Fadhli A., Khorshid E., Payload oscillation control of tower crane using smooth command input, Journal of Vibration and Control, 29 (3-4), 902-915, 2023.
20. 20. Conker C., Bilgiç H. H., Çok modlu sistemler için rampa sikloid ve versin fonksiyonları tabanlı komut şekillendirici tasarımı ve optimizasyonu, 20. Ulusal Makine Teorisi Sempozyumu (UMTS 2021), Diyarbakır, Türkiye, 3830-3834, 2021.
21. 21. Bilgiç H. H., Conker C., Yavuz H., Fuzzy logic–based decision support system for selection of optimum input shaping techniques in point-to-point motion systems, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, 235 (6), 795-808, 2020.
22. 22. Singhose W., Command shaping for flexible systems: A review of the first 50 years, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 10 (4), 153-168, 2009.
23. 23. Conker C., Yavuz H., Bilgiç H. H., A review of command shaping techniques for elimination of residual vibrations in flexible-joint manipulators, Journal of Vibroengineering, 18 (5), 2947-2958, 2016.
24. 24. Quanser Inc., Linear Pendulum Gantry Experiment for MATLAB/Simulink Users, Teknik doküman, Kanada. 25. Holland J. H., Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Applications to Biology, Control, and Artificial Intelligence, MIT Press, Cambridge, MA, A.B.D., 1992.
25. 26. Lambora A., Gupta K., Chopra K., Genetic Algorithm - A Literature Review, 2019 International Conference on Machine Learning, Big Data, Cloud and Parallel Computing (COMITCon), Faridabad, Hindistan, 380-384, 2019.