2DOFPID ve Kesir Dereceli PID Kontrolör ile Ayarlanan Senkron Motorların Kontrolü Yardımıyla İki Eksenli Robot Kolu Pozisyonunun Ayarlanması

Yıl 2023, Cilt: 13 Sayı: 2, 625 - 638, 15.06.2023

Aykut Fatih Güven

https://doi.org/10.31466/kfbd.1254357

Öz

İki eksenli robot kol endüstride yaygın olarak kullanılan temel robotlardır. Pek çok sanayi tesisinde üretim, taşıma, yönlendirme, parça birleştirme gibi pek çok farklı görevde kullanılabilmektedirler. Bu robotlar aynı zamanda değişik ağırlıkları taşıyabilecek şekilde farklı güç değerlerinde de üretilmektedirler. Genelde kuka robotu olarak bilinen bu robotlar farklı motorlar kullanılarak hareket ettirilmektedir. Kullanılan elektrik motoru her ne çeşit oluşa olsun hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekmektedir. Dolayısıyla farklı güç değerinde ya da farklı motor kullanan bu robotların farklı şekillerde kontrol edilmeleri gereklidir. Bu çalışmada senkron motorlar tarafından hareket ettirilen iki eksenli bir robotun hem kesir dereceli PID (KDPID) kontrolör hem de iki serbestlik dereceli PID (2DOFPID) kontrolör kullanılarak pozisyon kontrolünün incelenmesi amaçlanmıştır. İki eksenli robot olduğu için iki adet senkron motor, iki adet sürücü ve iki adet kontrolör kullanılarak sistem gerçekleştirilmektedir. Sistemin tamamı Matlab/Simulink ortamında tasarlanmış ve analiz edilmiştir. Farklı referans girişler için sistem performansı ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Kesir dereceli PID kontrolör, İki serbestlik dereceli PID, Senkron motor, İki eksenli robot kol.

Adjustment of the Two-Axis Robot Arm Position with the Control of Synchronous Motors Set by 2DOFPID and Fractional Order PID Controller

Öz

The two-axis robot arm is the basic robot widely used in industry. They can be used in many different tasks such as production, transportation, routing, and assembly of parts in many industrial facilities. These robots are also produced in different power values so that they can carry different weights. These robots, generally known as skittle robots, are moved using different motors. Regardless of the type of electric motor used, it must be precisely controlled. Therefore, these robots with different power values or using different motors need to be controlled in different ways. In this study, it is aimed to examine the position control of a two-axis robot driven by synchronous motors using both a fractional order PID (KDPID) controller and a two degrees of freedom PID (2DOFPID) controller. Since it is a two-axis robot, the system is implemented using two synchronous motors, two drivers, and two controllers. The entire system has been designed and analyzed in Matlab/Simulink environment. The system performance for different reference inputs is examined in detail.

Anahtar Kelimeler

Fractional order PID controller, Two degrees of freedom PID, Syncron machine, Two axis robot arm.

Kaynakça

• Alfaro, V. M. and Vilanova, R., (2012). Conversion Formulae and Performance Capabilities of Two-Degree-of-Freedom PID Control Algorithms. Proceedings of 2012 IEEE 17th International Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA 2012) (pp. 1-6). Krakow, Poland. (doi: 10.1109/ETFA.2012.6489608)
• Ardiyanto, I. and Miura, J., (2012). Real-time Navigation Using Randomized Kinodynamic Planning with Arrival Time Field. Robotics and Autonomous Systems, 12, 455-459.
• Billard, A., Mirrazavi, S. and Figueroa, N., (2022). Learning for Adaptive and Reactive Robot Control: A Dynamical Systems Approach. England:MIT Press.
• Craig, J. J., (2022). Robotiğe Giriş (Çev. A. A. Adlı ve E. Akdoğan), Türkiye, Nobel Yayıncılık.
• Dorf, R. C. ve Bishop, R. H., (2020). Modern Kontrol Sistemleri (Çev. Ed. Ö. T. Altınöz), Türkiye:Nobel Akademik Yayıncılık.
• Ekrem, Ö., and Aksoy, B.,(2023). Engineering Applications of Artificial Intelligence Trajectory planning for a 6-axis robotic arm with particle swarm optimization algorithm, Eng. Appl. Artif. Intell. 122, 106099.
• Heong, K., Chong, G. and Li, Y., (2005). PID Control System Analysis, Design and Technology, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 13 (4), 559-576.
• Karcı, H. ve Yangel, A., (2016). FPGA Tabanlı 4 Eksenli Mobil Robot Kolu Tasarımı ve Prototip Gerçeklenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(2), 295-302.
• Özçıra, S., Bekiroğlu, N., Şenol, İ. ve Ayçiçek E., (2012). Sürekli Mıknatıslı Senkron Motorlarda Doğrudan Moment Kontrolünün İncelenmesi, EMO Bilimsel Dergi, 2 (3), 1-6.
• Papapaschos, V., Bontarenko, E., Krimpenis, A.A. (2021). HydraX , a 3D printed robotic arm for Hybrid Manufacturing . Part II : Control , Calibration & Programming, Procedia Manuf. 5, 109–115.
• Qu, Y. and Cai, L., (2023). State-Dependent Finite-Time Controller Design and Its Applications to Positioning Control Task for Underactuated Unmanned Surface Vehicle. Ocean Engineering, 267,1-17.
• Salazar-Aquino, O., Pampamallco-Jara, J. and Rojas-Moreno, A. (2020). Position Control of a 2DOF Rotary Torsion Plant Using a 2DOF Fractional Order PID Controller, 2020 IEEE XXVII International Conference on Electronics, Electrical Engineering and Computing (INTERCON), Peru.
• Srincandan, S., Rath, S. and Pati, T. K., (2020). Sine Cosine Algorithm Optimized Two Degree of Freedom Based Cascade PID-PI Controller for Multi-Units Power System. ICREISG-2020, India.
• Subrata, R. H., Gozali, F. and Djuana, E., (2022). Computational and Intelligent Optimization Tuning Method for PID Controller. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 100(7), 2007-2017.
• Thomas, J. and Hansson, A., (2014). Enumerative Nonlinear Model Predictive Control for Linear Induction Motor Using Load Observer. 2014 UKACC International Conference on Control (373-377), United Kingdom.
• Vinagre, B.M., Monje, C.A., (2012). Fractional-Order PID. In: Vilanova, R., Visioli, A. (eds) PID Control in the Third Millennium. Advances in Industrial Control. Springer, London. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-2425-2_15
• Zhu, D., Liu, L. and Liu, C., (2014). Optimal Fractional Order PID Control of Chaos in the Fractional-Order Buck Converter, IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (pp.787-791), China.