Artificial Intelligence based LQR and PID Controller Design of 3 Degree of Freedom System

Engin Hasan Çopur; Hasan Hüseyin Bilgiç; Tarık Ünler

Makale detayları

Artificial Intelligence based LQR and PID Controller Design of 3 Degree of Freedom System

Yazarlar:

Engin Hasan Çopur | Hasan Hüseyin Bilgiç | Tarık Ünler

Yayıncı:

Necmettin Erbakan University

Ana Başlıklar:

Kontrol Teorisi ve Uygulamaları | Makine Teorisi ve Dinamiği

Dergi:

Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.6 Issue 3, pp.457-467

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2024

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001326729

pISSN:

2667-7989

Anahtar kelimeler:

Özet:

 In this study, the position control of a 3 DoF underactuated system is carried out. The developed approach is tested on a double pendulum overhead crane. Considering the nonlinear dynamics of the system, its mathematical model is first obtained by Euler-Lagrange model. Then, since PID and LQR controllers are used in the simulations, the nonlinear model is linearized around the equilibrium point of the system. Using the linear model, the parameters of LQR and PID controllers are tuned by Artificial Bee Colony Algorithm. In the optimization process, the Integral Time Absolute Error function is chosen from traditional fitness functions to minimize the error in each single-degree-of-freedom joint of the system. Additionally, to ensure the precise movement of the car, the objective function is improved in a way to include unit step response characteristics. The control performance is evaluated in the simulations. The results are presented in tables and graphs. The proposed approach can be used to control multi-degree of freedom underactuated systems.

 In this study, the position control of a 3 DoF underactuated system is carried out. The developed approach is tested on a double pendulum overhead crane. Considering the nonlinear dynamics of the system, its mathematical model is first obtained by Euler-Lagrange model. Then, since PID and LQR controllers are used in the simulations, the nonlinear model is linearized around the equilibrium point of the system. Using the linear model, the parameters of LQR and PID controllers are tuned by Artificial Bee Colony Algorithm. In the optimization process, the Integral Time Absolute Error function is chosen from traditional fitness functions to minimize the error in each single-degree-of-freedom joint of the system. Additionally, to ensure the precise movement of the car, the objective function is improved in a way to include unit step response characteristics. The control performance is evaluated in the simulations. The results are presented in tables and graphs. The proposed approach can be used to control multi-degree of freedom underactuated systems.

 In this study, the position control of a 3 DoF underactuated system is carried out. The developed approach is tested on a double pendulum overhead crane. Considering the nonlinear dynamics of the system, its mathematical model is first obtained by Euler-Lagrange model. Then, since PID and LQR controllers are used in the simulations, the nonlinear model is linearized around the equilibrium point of the system. Using the linear model, the parameters of LQR and PID controllers are tuned by Artificial Bee Colony Algorithm. In the optimization process, the Integral Time Absolute Error function is chosen from traditional fitness functions to minimize the error in each single-degree-of-freedom joint of the system. Additionally, to ensure the precise movement of the car, the objective function is improved in a way to include unit step response characteristics. The control performance is evaluated in the simulations. The results are presented in tables and graphs. The proposed approach can be used to control multi-degree of freedom underactuated systems.

 Bu çalışmada 3 serbestlik dereceli eksik eyleyicili bir sistemin konum kontrolü gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen yaklaşım ikili sarkaç tipi tepe vincinin üzerinde denenmiştir. İlk olarak sistemin matematiksel modeli doğrusal olmayan dinamikler dikkate alınarak Euler-Lagrange metodu ile elde edilmiştir. Benzetim çalışmalarında PID ve LQR kontrolcüleri kullanıldığından doğrusal olmayan model sistemin denge noktası etrafında doğrusallaştırılmıştır. Elde edilen doğrusal model kullanılarak PID ve LQR kontrolcülerinin parametreleri Yapay Arı Kolonisi Algoritması ile ayarlanmıştır. Optimizasyon sürecinde sistemin üç serbestliğindeki hatanın minimize edilmesi için geleneksel uygunluk fonksiyonlarından Zamansal mutlak hataların toplamı Integral Time Absulate Error fonksiyonu seçilmiştir. Ayrıca arabanın hassas hareketini sağlamak için amaç fonksiyonu birim basamak cevaplarını içerecek şekilde iyileştirilmiştir. Kontrolcü performansları benzetim ortamında yapılan çalışmalar ile denenmiştir. Sonuçlar tablo ve grafikler halinde sunulmuştur. Önerilen yaklaşım çok serbestlik dereceli ve eksik eyleyici sistemlerin kontrolünde kullanılabilir.

Makale detayları

Artificial Intelligence based LQR and PID Controller Design of 3 Degree of Freedom System

Yazarlar:

Engin Hasan Çopur | Hasan Hüseyin Bilgiç | Tarık Ünler

Yayıncı:

Necmettin Erbakan University

Ana Başlıklar:

Kontrol Teorisi ve Uygulamaları | Makine Teorisi ve Dinamiği

Dergi:

Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.6 Issue 3, pp.457-467

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2024

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001326729

pISSN:

2667-7989

Gantry Crane

Artificial Intelligence

LQR

PID

Artificial Bee Colony AlgorithmTepe Vinci

Yapay Zeka

LQR

PID

Yapay Arı Kolonisi Algoritması

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Engin Hasan Çopur | Hasan Hüseyin Bilgiç | Tarık Ünler

Yayıncı: Necmettin Erbakan University

Ana Başlıklar: Kontrol Teorisi ve Uygulamaları | Makine Teorisi ve Dinamiği

Dergi: Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.6 Issue 3, pp.457-467

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 12/2024

Belge Dili: İngilizce

Document ID (Org No.): 2001326729

pISSN: 2667-7989

Sayı

Yazarlar:

Engin Hasan Çopur | Hasan Hüseyin Bilgiç | Tarık Ünler

Yayıncı:

Necmettin Erbakan University

Ana Başlıklar:

Kontrol Teorisi ve Uygulamaları | Makine Teorisi ve Dinamiği

Dergi:

Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.6 Issue 3, pp.457-467

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2024

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001326729

pISSN:

2667-7989