2. LİTERATÜR TARAMASI
2.7. Kontrol Yöntemleri
Paralel mekanizmaların kontrol yöntemleri, kontrol ettikleri uzaylar cinsinden Kartezyen uzayı kontrolü ve eklem uzayı kontrolü olarak sınıflandırılabilirler. Doğrudan kontrol yöntemi olan Kartezyen uzayı kontrol yönteminde, platformun konum ve yönelim parametreleri Kartezyen düzlem üzerinde istenen konum ve yönelim değerlerine yakınsatılarak kontrol edilir. Bu yöntem aslında tablanın MIMO esaslı kontrolü ilkesine dayanmaktadır. Bu kontrol yönteminde Kartezyen uzay değişkenlerinin kontrol sistemine hata sinyali üretmesini sağlayacak algılayıcıların bulunması gerekmektedir. Bu sensörler tabla üzerinden konum ve hız verisi alabilen dönüölçerler, ivmeölçerler ve benzeri
algılayıcılardır. Bu tür sensörleri sistem üzerinde kullanmak oldukça maliyetli olup, ayrıca bu sensörlerin ürettiği verileri işlemek ve incelemek de ayrıca bir yük getirmektedir.
Bunun yerine ileri kinematik analiz ile platform durum değişkenleri elde edilebilir. Fakat bu yöntem de matematiksel olarak oldukça ağır olmakta, sayısal yöntemler kullanılmak zorunda kalınmakta ve bu durum bir hayli işlem yükü getirmektedir. Bu nedenle, özel bir gereksinim olmadıkça eklem uzayı kontrol yöntemini tercih etmekte yarar vardır [20].
Eklem uzayı kontrolü ise paralel manipülatörün eyletilen eklemlerinin durum değişkenlerinin ölçülerek hata sinyali üretmesi ve ters dinamik analiz ile uygun tasarlanmış bir kontrolcü ile sisteme kontrol girişi vererek sistemin durum değişkenlerini istenen değere yakınsatmayı amaçladığı bir sistemdir. Bu yöntem aslında her bacağın tek girişli-tek çıkışlı (İng. single input-single output, SISO) kontrolü ilkesine dayanmaktadır. Bu yöntem ile tablanın istenen yönelimi, bir dönüşüm matrisi ile işleme sokularak bacak boylarının kontrol edilmesi sağlandığı için dolaylı bir kontrol yöntemidir. Genellikle, hal-i hazırda eyleyicilerin eyletim kuvvetini kapalı döngü çevrimde kontrol edilmek istenmesi ile eyletilen uzvun konumunu ve/veya hızını ölçmek için kullanılan sensörlerin çıktılarını kullanılabilir. Bu tür sensörler potansiyometre, kodlayıcı, çözücü gibi sensörler olabilir. Bu sensörlerin ürettiği verileri işlemek, incelemek ve kontrol sinyali oluşturacak şekilde manipüle etmek nispeten kolaydır.
Kontrol sisteminin kullandığı uzay yukarıdaki bilgilere göre elde edildikten sonra kontrol sistemi için uygun kuralı oluşturan kontrol yöntemleri uygulanabilir. Kontrol sistemleri kabaca, klasik yöntemler ve modern kontoller olarak iki çatı altında toplanabilir. Klasik yöntemler içinde oransal, tümlevsel ve türevsel (İng. proportional plus integral plus derivative, PID) işlemi temelli kontrol gibi alışılagelmiş ve nispeten basit yöntemler mevcuttur. Fakat bu yöntemler enerji eniyilemesine sahip değildir. Klasik kontrol yöntemi olan PID kontrol nominal sistemler için çok etkin bir kontrol sistemi geliştirilmesini sağlar.
Fakat sistemlerde olan belirsizlikler kontrol kuralına etki ettirilemediği için belirsizliklerin olduğu durumda başarımları oldukça düşmektedir. Paralel platformlar da hareketi esnasında oldukça değişen eylemsizlik özellikleri, üzerine gelen değişken bozucu girişler, sürtünme gibi modellemesi oldukça zor olan olgular nedeniyle yüksek belirsizlik oranına sahip olabilir. Bu belirsizlikler birçok kontrol yöntemi ile telafi edilebilir. Gürbüz kontrol (İng. robust control) yöntemi ile mekanizmanın eylemsizlik, Coriolis-merkezkaç tabanlı sönüm ve yerçekimi tabanlı yaylanma parametre matrislerinin belirsizlik sınırları
öngörülmekte, sisteme etki edecek en kötü durum kestirilmekte ve bu en kötü duruma bile cevap verebilir kontrolcünün sentezlenmesi ile manipülatörün başarımı istenen ölçüde şekillendirilmiş olur. Uyarlamalı kontrol ile de klasik kontrolde karşılaşılabilecek sorunların çözüme ulaştırıldığı araştırmalar mevcuttur [21]. Gürbüzlüğüne rağmen, belirsizlikleri öngören sistem modelinin sürekli hesaplanması gerekliliği kontrol yönteminin en büyük zayıflıklarındandır. Her yeni durum için sistem modelinin tekrar tekrar oldukça büyük hesaplama yükü bu tür sistemlerde istenen bir durum olmamaktadır.
Bir diğer modern kontrol yöntemi ise kayan kipli kontrol yaklaşımıdır. Kayan kipli kontrol, gürbüzlüğü ve türetilmiş kontrol algoritmasının sadeliği nedeniyle ilginç bir yaklaşımdır. Sistemin Lyapunov hata fonksiyonunun türevi bir kayma yüzeyi ile kontrol edilmekte ve sisteme uygun kontrol girişleri vermektedir. Fakat, kayan kipli kontrol yaklaşımının doğası gereği sisteme verilen yüksek frekanslı ve genliği ile yönü sürekli değişen konrol girdileri türetmekte, bu durum sistemde çatırdama (İng. chattering) adı verilen tepkilere yol açmakta ve bu durum sistemi mekanik açıdan etkilemektedir. Bu etkiyi azaltıcı çalışmalar sürdürülmektedir.
Tüm bunların yanında, Lineer olmayan plant terimlerinin sisteme geri beslendiği ters dinamik kontrol ise oransal ve türevsel (İng. proportional plus derivative, PD) veya PID kontrol ile birlikte, lineer olmayan Coriolis ivmeleri, sürtünmeler, yerçekimi gibi olguların davranışlarını elimine ederek klasik kontrol kuralının sisteme kolayca uyarlanabilmesi sayesinde pratik çözümler sunabilir. Bu tür bir kontrol yöntemine hesaplamalı tork kontrolü veya ters kinematik kontrol (İng. inverse dynamics control) olarak bilinmektedir [22]. Paralel manipülatörler için ters dinamik kontrol (İng. inverse dynamics control) adı verilen ve plant dinamiğinde yer alan, nonlineer terimlerin sisteme geri besleme ile tekrar girdi oluşturarak yok edilmesi yöntemi mevcut olup plant dinamiği ve belirsizlik miktarı kestirildiğinde çok daha kolay tasarlanan ve etkin bir kontrolcü elde edilebilmektedir. Bu yöntemin zayıflıkları ise belirsizliklerin, modellenemeyen dinamiklerin fazla ve tahmin edilmeyen şekillerde olması kontrol sistemini kolayca kararsız hale gelmesine sebep olabilmesi ve dinamik modelin gerçek zamanlı hesaplanması ve sisteme verilmesinin hesaplama yükünü artırması olarak gösterilebilir [23].
Bu tez çalışması, birbirine dik olan ve üç ekseninde (X, Y, Z eksenleri için) dönme serbestliğini sağlayacak olan üç eksenli bir paralel kararlılaştırma platformu için iç ve dış döngülerin doğrusal olmayan, oransal ve tümlevsel (İng. Proportional and Integral) kontrol
yöntemini göz önüne alan ve ters kinematik kontrol (veya hesaplamalı tork kontrolü adı ile de bilinmektedir) yaklaşımının kullanılarak tasarlandığı dinamik bir hibrit kontrol yöntemi önermektedir.