Otonom kara araçları için yeni hibrit ve iyileştirilmiş yol takip kontrol yöntemleri
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MUHAMMED ÇELİK
Danışman: Cenk Ulu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Otonom kara araçları günümüzde giderek daha yaygın hale gelmektedir. Otonom kara araçları için en önemli problemlerden birisi otonom yol takibidir. Bu problemlerin çözümü için literatürde birçok farklı yöntem önerilmiştir. Bu yöntemler temelde geometrik ve model tabanlı yaklaşımlar olmak üzere iki ana başlık altında incelenmektedir. Geometrik yol takibi yöntemlerinde araç ve yol arasındaki geometrik ilişkilerden yararlanılarak yol takibi yapılmaktadır. Bu yöntemler arasında en yaygın olarak kullanılan iki yöntem bulunmaktadır. Bunlar Pure Pursuit ve Stanley yöntemleridir. Pure Pursuit ve Stanley yöntemlerinin kendi içinde avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Pure Pursuit yöntemi ileri bakma davranışı içerdiği için yolun değişen geometrisine önceden uyum sağlayabilme yeteneğine sahiptir. Bu nedenle keskin dönüşlerde Stanley yönteminden daha yüksek bir yol takip başarımı sergileyebilmektedir. Diğer taraftan Stanley yöntemi açı değişiminin az olduğu düz yollarda Pure Pursuit yöntemine göre daha yüksek bir yol takip başarımı sağlamaktadır. Bu çalışmada geometrik yol takibi uygulamaları için Enterpolasyona Dayalı Hibrit Kontrol Yöntemi ve Bulanık Mantık Tabanlı Hibrit Kontrol Yöntemi olmak üzere iki ayrı hibrit kontrol yöntemi, İyileştirilmiş Pure Pursuit ve Uyarlamalı İyileştirilmiş Pure Pursuit Yöntemi olmak üzere de iki ayrı iyileştirilmiş yöntem önerilmiştir. Hibrit kontrol yöntemlerinde, Pure Pursuit yönteminin keskin dönüşlerdeki avantajını ve Stanley yönteminin yumuşak dönüşlerde ve düzgün doğrusal geometrili yollardaki avantajını birleştirerek daha iyi bir yöntem ortaya koymak amaçlanmıştır. Bunun için yöntemler arası ağırlıklandırma değerinin belirlenmesinde enterpolasyon tekniği ve bir bulanık mantık denetleyicisi kullanılmıştır. Kullanılacak ağırlık değeri ileri bakma açısı dikkate alınarak belirlenmiştir. İleri bakma açısı büyük değerlerde ise Pure Pursuit daha ağırlıklı olarak, düşük ve sıfıra yakın değerlerde ise Stanley daha ağırlıklı olarak kullanılmıştır. İyileştirilmiş Pure Pursuit yöntemlerindeki amaç ise Pure Pursuit yönteminin zayıf yanı olan köşeleri kesme davranışını azaltma ve yola daha çabuk oturmasını sağlamaktır. Bunu sağlamak için Pure Pursuit yönteminden elde edilen direksiyon açısı ile çapraz yol hatasını kullanan bir oransal (P) kontrolden elde edilen direksiyon açısı toplanarak tek bir direksiyon açısı elde edilmektedir. Oransal kontrolörün kazanç parametresi hem sabit olarak hem de uyarlamalı olarak ayarlanmıştır. Uyarlanan değerler ise ileri bakma açısı dikkate alınarak ayarlanmıştır. Önerilen yöntemlerin başarımları yedi farklı yol tipi kullanılarak literatürde yer alan dört farklı yöntemin başarımları ile karşılaştırılmıştır. Bu yol tipleri sırasıyla 15, 30, 45, 75 ve 90 derece dönüş açılı yollar, dairesel yol ve karmaşık yol tipidir. Farklı sabit hızların yöntemlerin başarımını nasıl etkilediğini test etmek için düşük (20 km/sa), orta (50 km/sa) ve yüksek (80 km/sa) olmak üzere üç ayrı sabit hız değeri kullanılmıştır. Ayrıca araç hızının değişken olduğu durum için de yöntemlerin başarımları karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalarda başarım ölçütü olarak mutlak hatanın integrali (MHİ) ve hatanın karesinin integrali (HKİ) kullanılmıştır. Karşılaştırma sonuçları ile her iki hız durumu için de önerilen yöntemlerin diğer yöntemlere göre daha üstün bir takip performansı sağladığı gösterilmiştir.