AKTİF DİREKSİYON SİSTEMİNİN KONTROLÜ İÇİN YAPAY SİNİR AĞI ESASLI KONTROL SİSTEMİ TASARIMI

Transkript

1 Uluslaaası atılılı 7. akina eoisi Seozyuu, İzi, -7 Hazian AİF DİRESİYO SİSEİİ OROLÜ İÇİ YAPAY SİİR AĞI ESASLI OROL SİSEİ ASARII İ.Eski * A.eülenk Eiyes Ünivesitesi Ahet Yesevi Ünivesitesi aysei azakistan Özet Aktif dieksiyon sistelei, aaın kontolünün sağlanası ve eniyetli süüş açısından çok önelidi. ekanik dieksiyon sisteleinde, özellikle düşük hızlada ve ak duuunda, tekeleklee gelen kuvvetleden kaynaklanan tekinin aşılası için yüksek kuvvete ihtiyaç vadı. u kuvvetin aşılası için ekanik çözüle olduğu gibi, sistee ek yaıla ekleneek süüüye yadıı sistele de oluştuulu. u sistee aktif dieksiyon sistei denilektedi. u çalışada, atlab/siulink ogaı vasıtasıyla aktif dieksiyon sisteinin odeli oluştuuluştu. Sistein dinaik davanışı ineleneek, kontolünde geleneksel PID kontol oganı ve oden kontol tekniklei (Yaay sini ağlaı esaslı kontol yaılaı) uygulanıştı. Siulink ogaında oluştuulan odel üzeinden siülasyonla geçekleştiilişti. Anahta keliele: Aktif dieksiyon sistei, PID kontol, Yaay sini ağlaı Abstat Ative steeing systes ae iotant fo both ontolling ove a vehile and diving defensively. Vehiles with these kinds of systes equie high owe to event the foes in wheels. o event this, thee ae soe ehanial solutions. Also, thee ae soe altenatives whih ae inluded to this syste to be oe helful to dives whih is alled Ative Steeing Syste. In study, as well as the analysis of steeing systes and the oaison between the systes, via the ogae of atlab/siulink the odel of ative steeing syste is eated. In this syste standad (PID ontolle) and oden ontol tehniques (Atifial neual netwoks based ontol stutue) ae alied. On the sale eated by the ogae of Siulink, the siulations ae eloyed. eywods: Ative steeing systes, PID ontolle, Atifiial eual etwok I. iiş u bölüde taşıt dieksiyon kontol sistei ve taşıt kaalılığına yönelik çalışala veilişti. Zhang ve Anwa [] taşıtın aktif dieksiyon sisteinin ön teke açışının kontolünde yala denge kontol * ikbal@eiyes.edu.t teulenk@sn.o algoitası kullanışladı. Yala kaalılık kontol algoitası ön teke yönlendie açısı ve yala oanının gei besleesi vasıtasıyla eş zaanlı olaak taşıtın yala sönüleesi ve taşıtın yanal haeketini bileştieek elde edilişti. İnsansız ye taşıtlaının yöünge üetii için aktif yönlendie odeli yaklaşıı Yoon ve akadaşlaı [] taafından geliştiilişti. ileştiiliş kontol statejisi, ön, aka yönlendie alt sistelei ve geleneksel fen sisteinin otiu koodinasyonu için sunuluştu [3]. Liaw ve Chung [] taşıtın yanal dinaiğinin kontolü için gei besleeli doğusallaştıa yönteini aaştıışladı. aşıtın tola dengesi için Lyaunov kaalılık kitei kullanışladı. Sotelo ve akadaşlaı taafından taşıtın otono dieksiyon sisteine faklı yanal kontolüle uygulanıştı []. Aktif dieksiyon sisteinin dişli setinin kineatik odeli ao ve Wang [] taafından aaştıılıştı. Ayıa, Aktif ön dieksiyon sisteinin değişken dieksiyon oanı için kontol oganı dizayn edilişti. Chu ve akadaşlaı [7] aktif ön dieksiyon sistei ve elektonik denge ogaını iyileştien yeni bi kontolü öneişledi. Aktif dieksiyon sisteinin yönlendie teke sensö sinyalinin hata tesiti alinen ve akadaşlaı [8] taafından aaştıılıştı. ineatik sınılayııla yönlendie tekelek açısını tahin etek için dinaik bi siste olaak odellenişti. u tahin edilen sinyal ölçülen sinyal ile ukayese edilişti. Esalona ve Chaoo [9] taşıtın viajı döne esnasındaki kaalılığının analizi için yeni bi etot öneişledi. inlia ve akadaşlaı [] döt teke yönlendie kontolü ve taşıt denge kontolü için ön aktif dieksiyon ve fen sisteini bileştien yeni bi kontolü öneişledi. Hiesonik hafif taşıtlaın hız ve uçuş yöünge açısı için ayık yaay sini ağı kontol oganı u ve akadaşlaı [] taafından öneilişti. aotik zaan süekli sistein dinaiği için basit yeni bi yönte Pe [] taafından çalışılıştı. Ayıa ahl ve Pe [3] düzenli ve kaotik tahik veiilein esnekliğini aaştıışladı. aasız eiyodik yöüngelein kontolü için yeni bi etot öneilişti []. Öneilen etodun veililiği iki faklı kaotik siste üzeinde aaştıılıştı [].

2 Uluslaaası atılılı 7. akina eoisi Seozyuu, İzi, -7 Hazian II. Aktif Dieksiyon Sisteinin odeli Aktif dieksiyon sisteinin odeli bi çift inyon ak ekanizası, teel ekanik dieksiyon sistei ve elektik otoundan oluşu. Ayıa Şekil de gösteildiği gibi elektik otou dieksiyon ankının faklı bi inyon dişlisi ile bağlantılıdı []. Şekil. Aktif dieksiyon sisteinin şeatik göünüü [7] odelin dinaik eşitliklei aşağıda veilişti; d (). () t F (3) uada ; dieksiyon ili atalet oenti, ; oto atalet oentidi. ; dieksiyon ili sönü katsayısı, ; oto ve dişli kutusu sönü katsayısı ve ; dieksiyon çubuğu sönü katsayısıdı. ; dieksiyon ili buula katsayısı, ; oto ve dişli kutusu buula katsayısı ve t ; dieksiyon çubuğu yay katsayısıdı. θ ; oto ili açısal konuu ve θ ; dieksiyon ili açısal konuudu. ; inyon yaıçaı, d ; süüü taafından uygulanan tok, ; elektik otou toku, ; dieksiyon çubuğu kütlesi, ; ankın ye değiştiesi, F t ; yoldan gelen yanal kuvvet ve ; oto dişli oanıdı. Doğusal bi elektikli güç yönlendie sisteinin duu uzayı odeli eşitlik () ve () de veilişti. U Ax ẋ () DU Cx y () uada y; çıkış vektöü, U; giiş vektöü, A; duu atisi, ; giiş atisi, C; çıkış atisi ve D; ilei beslee atisidi. u atislein sayısal değelei aşağıdaki eşitliklede veilişti. Aktif dieksiyon sisteinin geoetik aaetelei ablo de veilişti. t A () () C D () x x x a y (7) u U d (8) Paaete Değei Paaete Değei. s/ad.x - kg 39 s/ad 7 /ad 3.3x -3 s/ad /ad.8 t 39 /ad. kg 3 kg.7 ALO. Aktif dieksiyon sisteinin aaetelei III. ontol Yaısı u çalışada döt faklı kontol yaısı aktif dieksiyon sisteini kontol etek için kullanılıştı. u kontol yaılaı; PID kontol oganı, odel Esaslı Yaay Sini Ağlaı (EYSA) kontol sistei, Yaay Sini Ağlaı ahin (YSA) kontol sistei ve übüz Yaay Sini Ağı ahin (YSA) kontol sistei kullanılıştı. A. EYSA kontol sistei u YSA yaısı, siste çıkışının efeans odel çıkışını izleyebilesi için tasalanış kontol sisteleidi. Adatasyon işlei taalandığında

3 Uluslaaası atılılı 7. akina eoisi Seozyuu, İzi, -7 Hazian kontol edilen sistein özelliklei, azu edilen odelin özellikleine benzeektedi. uadaki adatif algoita YSA algoitalaıdı. ullanılaak olan efeans odel, kontol edilen sistee bağlı olaak seçili. Refeans odel çıkışı ile siste çıkışı kaşılaştıılı. u kaşılaştıa sonuunda efeans odel çıkışı ile siste çıkışı aasındaki odel hatası elde edili. Elde edilen bu hata değelei ise YSA kontol oganını eğitek için kullanılı. Azu edilen siste efoansını tesil eden efeans odelin yüksek deeeden bi siste olası etkin bi adatasyon sağlayaaktı. Fakat yüksek deeeli bi sistein efeans odel olaak kabul edilesi kontol sisteinin tasaıında ve uygulaalada zolukla yaataktadı. u sebele genelde efeans odel olaak ikini deeeden bi siste odeli kullanılı. Şekil de göüldüğü gibi bu YSA yaısında iki faklı YSA iaisi kullanılıştı. u yaıladan bii sistei odelleken diğei ise kontol oganı olaak kullanılaktadı. sistein odeli geleek efoansı öngöek için kontol yaısı taafından kullanılaktadı. odel tahinleeli kontolün ilk aşaası osesin ileiye dönük dinaiğini YSA kullanaak eğitekti. Sistein çıkış sinyali ile YSA çıkış sinyali aasındaki öngöü fakı YSA eğiti sinyali olaak kullanılı. Şekil 3 de YSA kontol sistei için YSA odeli tanılanıştı. YSA odeli tanılanan bi zaan ufku üzeindeki siste evabını öngöü. Öngöüle aşağıdaki eşitlikte veilen efoans kiteleini iniize eden kontol sinyalini bulaak olan sayısal bi otiizasyon yöntei taafından kullanılı. uada, ve u set noktasından saa hatalaı ve kontol atışlaının hesalandığı değeledi. F denee kontol sinyali, θ istenen eva ve θ n ağ odelinin evabıdı.ρ, efoans indeksi üzeine kontol adılaının kaelei tolaının katkısını belile. F ( t) u ( a (t j) -n (t j)) ( F ( t j ) F ( t j )) (9) j j Şekil. EYSA kontol sisteinin şeatik göünüü Şekil de ise aktif dieksiyon sisteinin kontolünde kullanılan odel esaslı yaay sini ağı denetiisi şeatik olaak veilişti. uada; θ ; aktif dieksiyon sisteinin azu edilen açısal ye değiştie giiş sinyali, θ ; aktif dieksiyon sisteinin geçekleşen açısal ye değiştie çıkış sinyali, θ ; efeans odelin geçekleşen çıkış sinyali, θ n; YSA odelinin çıkış sinyali, e ; efeans odel hata sinyali, e n; aktif dieksiyon sisteinin hata sinyali ve F ; EYSA kontol sisteinin çıkış kuvvet sinyalidi. EYSA kontol sisteinin ağılıklaının ayalanasında Resilient gei yayılı algoitası kullanılıştı.. YSA kontol sistei Doğusal odel öngöeli kontole dayalı çok sayıda faklı YSA tahinlee kontol yaısı evuttu. u çalışada inelenen YSA öngöeli kontol yaısı doğusal olayan osesin YSA odelini kullanaak sistein daha sonaki efoansını ön göek için kullanı. ontol yaısı, tanılanan bi geleek zaan ufku boyuna siste efoansını otiize etek için kontol sinyalini hesala. odel öngöeli kontolde ilk basaak YSA oses odelini tanılaaktı. Sonasında Şekil 3. YSA kontol sisteinin şeatik göünüü Şekil 3 de göülen kaalı deve blok diyagaı yaay sini ağı teelli odel öngöeli kontol sisteidi. ontol oganı, YSA odeli ve otiizasyon kısılaından oluşu. C. YSA kontol sistei u kontol yaısında YSA tahinleeli kontol oganına ilave olaak gübüz kontol oganı eklenişti. Öneilen kontol sisteinin şeatik göünüü Şekil de veilişti. 3

4 Hata (d) (d) Uluslaaası atılılı 7. akina eoisi Seozyuu, İzi, -7 Hazian ahin (YSA) kontol sistelei, gelişigüzel giiş sinyali için aktif dieksiyon sisteinin kontolünde kullanılıştı ve elde edilen sonuçla gafikle halinde veilişti. PID kontol oganı kullanılaak elde edilen siülasyon sonuçlaı Şekil de veilişti. Şekil inelendiğinde PID kontol oganının gelişigüzel giiş sinyalinin ani değişileini izleyeediği göülüştü. u nedenle PID kontol oganı aktif dieksiyon sisteinin kontolü için yeteli değildi. Şekil. YSA kontol sisteinin şeatik göünüü YSA yaısının gizli katanında ve çıkış katanında kullanılan aktivasyon fonksiyonu sıasıyla veilişti. u fonksiyonla; f ( x) e x, g( x) x () Otiizasyon bloğunda ve YSA odelinde Resilient gei yayılı algoitası kullanılıştı. u yaı EYSA kontol oganından bahsedeken ayıntılı olaak veilişti. Öneilen kontol sisteinin çıkış sinyali; F ( t) F ( t) F ( t) () d - - Refeans sinyal PID sonuu -.. uada F (t) ; F (t) F t j F t j j e w j (t) () j x j (t).w j (t) x j (t).w j (t) j uada w j ve w j giiş katanı ile gizli katan aasındaki ağılık atisi, w j gizli katan ile çıkış katanı aasındaki ağılık atisidi. x j ve x j ağın giiş sinyalleidi. übüz kontol oganının çıkış sinyali ise F (t) sinyali ise; P I t D R.t F ( t ).e( t ) e( t ).d. e (3) uada P =, I =, D =, R=. olaak seçilişti. u geliştiilen kontol sisteini uygulaaya geçiek için, elde edilen bu aaetele oldukça yüksek değelede olduğundan bi doğultuu kullanılabili. PID kontol oganının kazanç aaetelei; P ;, I ;7 ve D ; olaak belilenişti Şekil. elişigüzel giiş sinyali için a) PID kontol oganı kullanaak dieksiyon sisteinin açısal ye değiştiesi b) Hata İkini kontol yaısının sonuçlaı Şekil da veilişti. u EYSA kontol yaısındaki hata sonuçlaı PID kontol oganındaki hata değeleine göe yüksekti. u nedenle aktif dieksiyon sisteinin kontolü için EYSA kontol yaısı uygun değildi. Ayıa bu sistein kontolünde kullanılan YSA yaılaı içeisinde en kötü sonuç veen bu kontol sisteidi. IV. Siülasyon Sonuçlaı PID kontol oganı, odel Esaslı Yaay Sini Ağlaı (EYSA) kontol sistei, Yaay Sini Ağlaı ahin (YSA) kontol sistei ve übüz Yaay Sini Ağı

5 Hata (d) (d) Hata (d) Hata (d) (d) (d) Uluslaaası atılılı 7. akina eoisi Seozyuu, İzi, -7 Hazian Refeans sinyal EYSA sonuu -8.. Üçünü kontol yaısı YSA yaklaşııdı ve sonuçlaı Şekil 7 de veilişti. u kontol yaklaşıının hata değelei inelendiğinde bundan öneki iki kontol yaısına göe daha iyi sonuç vediği göülüştü. Son YSA kontol yaısının sonuçlaı Şekil 8 de veilişti. Şekil inelendiğinde gelişigüzel giiş sinyalindeki ani değişilee iyi adate olduğu göülüştü. u gübüz YSA esaslı kontol yaısının iyi sonuç veesinin nedeni, YSA nın öğene aşaasında kullanılan ağılıklaın ayalanasında otiizasyon algoitası kullanasıdı Şekil. elişigüzel giiş sinyali için a) EYSA kontol sistei kullanaak dieksiyon sisteinin açısal ye değiştiesi b) Hata - Refeans sinyal YSA sonuu Refeans sinyal YSA sonuu Şekil 8. elişigüzel giiş sinyali için a) YSA kontol sistei kullanaak dieksiyon sisteinin açısal ye değiştiesi b) Hata -.. Şekil 7. elişigüzel giiş sinyali için a) YSA kontol sistei kullanaak dieksiyon sisteinin açısal ye değiştiesi b) Hata V. Sonuç u çalışada aktif dieksiyon sisteinin kontolünde döt faklı kontol yaısı kullanılıştı. PID kontol oganının dışında diğe kontol oganlaının hesi YSA esaslıdı. YSA yaklaşıı teih edilesinin nedeni, öğenebile kabiliyeti, aalel yaısından dolayı hızlı çalışa, linee olaa ve genelleştie özelliğine sahi olasıdı. u YSA yaılaı ve PID kontol oganı aasında en iyi sonuu YSA yaklaşıı veişti. u nedenle aktif dieksiyon sisteinin kontolü için uygundu.

6 Uluslaaası atılılı 7. akina eoisi Seozyuu, İzi, -7 Hazian aynakça [] Zheng. ve Anwa S. Yaw stability ontol of a stee-by-wie equied vehile via ative font wheel steeing. ehatonis, 9:799 8, 9. [] Yoon Y. Shin. i H.. Pak Y. Sasty, S. odel-editive ative steeing and obstale avoidane fo autonoous gound vehiles. Contol Engineeing Patie 7:7 7, 9. [3] avasoli A. aaghi. Shakei H. Otiized oodination of bakes and ative steeing fo a WS assenge a. ISA ansations, :73 83,. [] Liaw D.C. Chung W.C. A feedbak lineaization design fo the ontol of vehile s lateal dynais. onlinea Dynais, : 33 39, 8. [] Sotelo.A. aanjo E. aia R. Pedo. Calos. Coaative study of hained systes theoy and fuzzy logi as a solution fo the nonlinea lateal ontol of a oad vehile. onlinea Dynais, 9:3 7, 7. [] ao Z. Wang. Wang D. Dynai odeling and steeing efoane analysis of ative font steeing syste. Poedia Engineeing, :3 3,. [7] Chu L. ao. uo. Liu H. Chao L. Shang. Coodinated ontol of eletoni stability oga and ative font steeing. Poedia Envionental Siene : ,. [8] alinen S. Lundquist C. Reinelt W. Fault detetion of a steeing wheel senso signal in an ative font steeing syste. IFAC Syosiu Seies, -,. [9] Esalona.L. Chaoo R. Stability analysis of vehiles on iula otions using ulti body dynais. onlinea Dynais, 3:37, 8. [] inlai. ofu W. ie C. Coaisons of WS and ake-fas based on IC fo vehile stability ontol. ounal ehanial Siene and ehnology, :-77,. [] u. Wang D. Sun F. Shi Z. Diet neual disete ontol of hyesoni flight vehile. onlinea Dynais, 7:9 78,. [] Pe. Visualizing the attation of stange attatos. Euoean ounal Physis, : [3] ahl. Pe. Deteining the flexibility of egula and haoti attatos. Chaos Soliton Fatals 8:8 833,. [] Pe. ahl. Deteting and ontolling unstable eiodi obits that ae not at of a haoti attato. Physis Review E 7,. [] odba S. Pe. ahl. Deteting haos fo a tie seies. Euoean ounal Physis, :,. [] üvenç L. Esolaz S.S. Öztük E.S. Çetin E. ılıç. üngö S. anbolat A. Stability enhaneent of a light oeial vehile using ative steeing. SAE In. 7-,. [7] Önü S. aaan S. üvenç L. Esolaz S. Öztük E. Çetin E. Sinal. Robust yaw stability ontolle design fo a light oeial vehile using a hadwae in the loo steeing test ig, IEEE Intenational Vehile Syosiu, Istanbul, 7.