Nurdan Bilgin | Gazi University (original) (raw)

Papers by Nurdan Bilgin

2016 17th International Carpathian Control Conference (ICCC), 2016

çalışmada, yanal düzlemde (x-zdüzleminde) ani bir eğim değişimine maruz kalan bir insanın dengesi... more çalışmada, yanal düzlemde (x-zdüzleminde) ani bir eğim değişimine maruz kalan bir insanın dengesini koruyabilmek için uyguladığı varsayılan olası bir kontrol kuralı önerilmiş ve bu kontrol kuralı insanın yine bu çalışmada oluşturulan 4 serbestlik dereceli mekanik bir modeline uygulanarak bir dizi bilgisayar benzetimleri yapılmıştır. Ayrıca, önerilen kontrol kuralının geçerliliğini göstermek üzere, benzetim sonuçları deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.Uygulandığı varsayılan kontrol kuralı, bilinen fizyolojik gerçeklerle uyumlu olması gözetilerek sabit referans girdili oransal-türevsel kontrol biçiminde önerilmiştir. Bununla beraber, deneysel gözlemler, önerilen kontrol kuralının parametrelerinin (oransal ve türevsel kazançlar ile referans değerlerinin) uyarlamalı olması gereğini ortaya koymuştur. Uyarlamalı parametrelerin tanımlanmasında en küçük kareler yöntemi kullanılmıştır. Yine deneysel gözlemlere göre, denekler, ilk 50 ms içinde fizyolojik tepkisizlik göstermiş ve eklemlerine aşağı yukarı sabit torklar uygulamışlardır. Dolayısıyla, bilgisayar benzetimleri, deneysel sonuçlarla uyumlu olabilmeleri için bu özellikler dikkate alınarak yenilemeli olarak yapılmıştır. Anahtar kelimeler: Düşmeden kaçınma, Denge kurtarma, Oransal-Türevsel kontrol, Zaman bağımlı kontrol parametreleri, En küçük kareler yöntemi Abstract-The present study conjectures a control law, which is assumed to be employed by the central nervous system of a human being in order to keep his/her balance after a suddenly occurring impulsive disturbance. It is applied toa 4-DoF biomechanical model which is derived in this study. To validate the control law, simulated and experimental results are compared. Possibly applied control law is proposed as PD control, because it has to be compatible with physiological facts. Moreover, experimental observations have revealed a necessity thatthe parameters of the proposed control law be adaptive. The least squares method is used for the estimation of the adaptive parameters.Observed experimental results suggest thatthe subjects applyconstant torques for the first 50 ms due to signal delays in the control law. Therefore, the computer __________________________ * nurdanb@gazi.edu.tr † ozgoren@metu.edu.tr simulations were carried out iteratively until the results are consistent with the experimental results.

Bu çalışma, ani bir dış etki karşısında insanın dik duruşunu nasıl kontrol ettiğine ilişkin öneri... more Bu çalışma, ani bir dış etki karşısında insanın dik duruşunu nasıl kontrol ettiğine ilişkin önerilen ve deneysel doğrulaması yapılan kontrol kuralının çalışıldığı makalenin, ortaya koyduğu yeni sorulara cevap aramaktadır. Bir önceki makalede ileri sürülen kontrol kuralı, bilinen fizyolojik gerçeklerle uyumlu olması gözetilerek sabit referans girdili oransal-türevsel kontrol biçiminde önerilmiştir. Ayrıca, mekanik modeldeki dört dönel eyleticinin hepsinin aynı kontrol kuralıyla fakat birbirlerinden bağımsız olarak sürüldükleri varsayılmıştır. Önerilen kontrol kuralı, mekanik modeldeki ve sensörlerdeki basitleştirici ve idealleştirici varsayımlara rağmen, deney ve benzetim sonuçları arasında oldukça yüksek bir uyum gösterebilmiştir. Dolayısıyla, bu kontrol kuralının geçerli olduğu söylenebilir. Ancak, önceki çalışmada, uyarlamalı olması gereken kontrol parametrelerinin uyarlamaları ancak deneysel sonuçlara bakılarak yapılabilmiştir. Oysa gerçekte, bu parametrelerin uyarlamaları, merkezi bir kontrolcu (merkezi sinir sistemi) tarafından belli bir kurala göre otonom olarak yapılmaktadır. Bu uyarlama kuralının ne olabileceğinin araştırılmasına ise bu çalışma ile başlanmıştır. Anahtar kelimeler: Düşmeden kaçınma, Denge kurtarma, Oransal-Türevsel kontrol, Zaman bağımlı kontrol parametreleri, En küçük kareler yöntemi Abstract-This article is the second part of the study about a proposed control law, which is used by human beings to keep their balance under the effect of suddenly occurring external disturbances. In this article, the answers are sought to the new questions revealed by the previous article. The control law in the previous article was proposed as PD control, because it had to be compatible with physiological facts. Additionally, four rotational actuators in the mechanical model are driven with the same control law but they are assumed to be driven independently from each other. Although there are some simplification and idealization on the model and sensors, the proposed control law is able to demonstrate a very satisfactory match between the experimental and simulation results. Therefore, it can be said that the proposed control law is valid. However, in the previous article, the selection of the adaptive parameters depends on the visual inspection of the experimental data. An investigation about a possible adaptation law for the adaptive parameters is the main topic of this article.

Bu çalışmada kişisel alan ihlalinin, dik duruşa etkisi araştırılmıştır. İki insanın özellikle yak... more Bu çalışmada kişisel alan ihlalinin, dik duruşa etkisi araştırılmıştır. İki insanın özellikle yakın mesafede karşılıklı, yüz yüze ve göz göze durmasının insanlar üzerinde ruhsal ve bilişsel baskı yaratacağı ve kişisel dik duruşlarının (postürlerinin) bu baskıdan etkileneceği hipotez olarak öne sürülmüştür. Bu amaçla Bertec® kuvvet platformu kullanılarak, yer reaksiyon kuvvet ve moment sinyalleri toplanmıştır. Deney dört kadın denek ve dört gönüllü ile yapılmıştır. Denekler eşit eğitim ve kültür düzeylerinden seçilmiştir. Gönüllüler ise deneklerle tanışık olup/olmama durumu gözetilerek, iki erkek ve iki kadın olmak üzere dört kişiden oluşmuştur. Deney test adımları 9 adım olarak belirlenmiştir; ilk adım olan sessiz duruşa ek olarak, belirlenen iki ayrı mesafede (yakın ve uzak), tanışık olup olmama durumuna göre iki farklı cinsiyetle (2x2x2=8 test adımı için) karşılıklı duruş esnasında data toplanmıştır. Kuvvet platformundan gelen kuvvet (Fx, Fy, Fz) ve moment (Mx, My, Mz) dataları işlenerek CoPx (a-p düzlemi) ve CoPy (m-l düzlemi) zaman serileri oluşturulmuştur. CoPx ve CoPy sinyallerinden hesaplanan kovaryans matrisinin özdeğerleri kullanılarak, bulunan ana doğrultular üzerine elips uydurulmuştur [1]. Elde edilen elipslerin alanları ve konumları karşılaştırılarak kişisel alan ihlaline karşı belirgin bir kaçış davranışı gözlenmiştir. Ancak kaçış davranışında cinsiyetin veya tanışık olup/olmama durumunun belirgin bir etkisi görülmemiştir. Anahtar Kelimeler: Karşılıklı Dik Duruş, CoPx ve CoPy, Elips uydurma

ZET Bu çalışmada, belli formdaki doğrusal olmayan hareket denklemlerine sahip sistemler için Kaya... more ZET Bu çalışmada, belli formdaki doğrusal olmayan hareket denklemlerine sahip sistemler için Kayan Kipli Denetci (KKD) tasarlanmaktadır. KKD tasarım yöntemi, doğrusal olmayan sistemin ardışık olarak lineer zamanla değişen sistemler olarak ele alınıp, kayma yüzeyinin ve denetcinin bu ardışık sistemlerden türetilmesine dayanmaktadır. Yöntemin yakınsama şartları verilmekte ve lineer zamanla değişen sistem için tasarlanan KKD'nin kararlılık analizi yapılmaktadır. Geliştirilen yöntem daha sonra esnek güneş paneli kullanan bir uydu modelinin konum denetimine uygulanmaktadır. Aynı zamanda, tasarlanan denetci ile esnek panellerdeki titreşimin baskılanması da gerçekleştirilmektedir. ABSTRACT In this study, Sliding Mode Control (SMC) is designed for a class of nonlinear systems. SMC design method is based on recursive linear time varying approximations of the nonlinear system and the sliding surface and controller design for the approximated linear time varying systems. Convergence condit...

zetçe Bu çalışmada, doğrusal olmayan sistemlerin denetimi için ardışık Doğrusal Zamanla Değişen (... more zetçe Bu çalışmada, doğrusal olmayan sistemlerin denetimi için ardışık Doğrusal Zamanla Değişen (DZD) sistemlerin yakınsama algoritması ele alınarak denetici girişi –yakınsama modelindeki durum değişkenleri cinsinden-yeniden düzenlenmektedir. Önce ardışık doğrusal zamanla değişen yakınsamanın, doğrusal olmayan sistem için var olan optimal denetimi belirlemede kullanılabileceği gösterilmekte, daha sonra ardışık doğrusal zamanla değişen sistem için optimal denetim algoritması kullanılarak bu denetimin doğrusal olmayan sisteme uygulanabilmesi sağlanmaktadır. Yöntemin geçerliliği, rijit bir uydu modelinin konumunun optimum denetimi amacıyla benzetimlerle gösterilmektedir.

modeline uygulanmaktadır. Doğrusal olmayan sistem denklemi, ardışık Doğrusal Zamanla Değişen sist... more modeline uygulanmaktadır. Doğrusal olmayan sistem denklemi, ardışık Doğrusal Zamanla Değişen sistem(DZD) denklemleri olarak ele alınmakta ve herbir ardışık DZD için kararlılığı sağlayacak zamanla değişen kazanç katsayısı oluşturularak durum geri besleme denetim algoritması tasarlanmaktadır. Ardışık DZD sistem cevaplarının doğrusal olmayan sistem cevabına yakınsadığı gösterilmektedir. Böylelikle, doğrusal olmayan dinamik sistemin denetimi için geçerli olan bir durum geri besleme denetim algoritması oluşturulmaktadır. Geliştirilen yöntem, doğrusal olmayan hareket denklemlerine sahip bir uydu modeline uygulanarak, uydunun konum denetimi yapılmaktadır. Yöntemin başarısı benzetim sonuçları ile gösterilmektedir. ABSTRACT In this study, a state feedback control algorithm is proposed for nonlinear dynamical system and is applied to a rigid satellite model. The nonlinear system is approximated as recursive linear time varying (LTV) systems and a stabilizing state feedback control algorithm w...

This paper presents a new method to eliminate the reaching phase in the Sliding Mode Control (SMC... more This paper presents a new method to eliminate the reaching phase in the Sliding Mode Control
(SMC) design for a class of nonlinear systems. The sliding surface design is based on optimal sliding
surface selection methods for Linear Time Invariant (LTI) systems in which LQR algorithms are applied.
The reaching phase, prior to the sliding motion in the SMC, is eliminated by confining the LTI system on
a predefined level surface that moves to the designed optimal sliding hyperplane exponentially. The
approach is extended to nonlinear systems by using the State Dependent Riccati Equation (SDRE)
method. With the help of SDRE, a systematic way is defined which makes both elimination of reaching
phase and optimal sliding surface design possible for the nonlinear system. The method is applied to an
inverted pendulum model and the results are presented.

Two new Sliding Mode Control (SMC) design methods for nonlinear systems are presented in order to... more Two new Sliding Mode Control (SMC) design methods for
nonlinear systems are presented in order to eliminate the
reaching phase in the SMC. The sliding surface design
approaches are based on optimal sliding surface selection
methods for Linear Time Invariant (LTI) and Linear Time
Varying (LTV) systems. The reaching phase is eliminated by
confining the LTI/LTV system on a predefined linear level
surface that moves to the designed optimal sliding hyperplane
exponentially. The methodology is extended to nonlinear
systems by using two approaches; the “State Dependent Riccati
Equation” (SDRE) and “Approximating Sequence of Riccati
equations” (ASRE) methods. Systematic ways are defined to
eliminate the reaching phase and to design optimal sliding
surface for the nonlinear system. The proposed methods are
then applied to a spacecraft model with flexible solar panels in
order to control the attitude and to suppress some of the
vibration modes of the flexible panels. Numerical simulations
are used to illustrate the application of proposed methods which
are also compared with each other to reveal the effectiveness in
coping with uncertainty and vibration suppression and
minimization of the energy cost.

The paper studies optimal control of a class of nonlinear systems with quadratic/non-quadratic co... more The paper studies optimal control of a class of nonlinear systems with quadratic/non-quadratic cost functions and suggests a new methodology to determine the control gain matrix for the nonlinear system. The nonlinear system model is approximated as a sequence of linear time varying approximations in which the classical controller design methods can be utilized. Then, optimal control is designed for the approximated linear time varying system where the optimal
control is determined to minimize a given cost function. The results of convergence of the successive linear time varying
approximations to the nonlinear system are used and an optimal
feedback gain matrix for the nonlinear system is obtained. The
convergence of optimal control gain matrix designed for the
successive linear time varying systems to a nonlinear gain matrix
is proved. Once the gain matrix is determined from the successive
approximations, then it is used as an optimal feedback gain
matrix for the nonlinear system in a range of implementation
domain. The method suggested in this study eliminates the
disadvantages of the successive linear time varying
approximation approach where the optimal control is obtained
from a series of approximations for all implementation cases. The
suggested methodology is compared with similar types of
approximation based approaches studied in the literature.

2016 17th International Carpathian Control Conference (ICCC), 2016