Öz
İnsansız su üstü araçlarının kontrolü, kullanım alanlarının her geçen gün artması nedeniyle önemli bir konu haline gelmiştir. Bu çalışmada bir insansız su üstü aracının (WAM-V USV14) akıntı etkisi altında iticilerine verilmesi gereken uygun girişlerin kontrolü sunulmuştur. İlk olarak WAM-V USV14 için üç serbestlik derecesine sahip matematiksel model elde edilmiştir. İnsansız su üstü aracının doğrusal olmayan matematiksel modeli Newton-Euler yaklaşımı ile elde edilmiştir. İnsansız su üstü araçlarının kontrolü için literatürde yapılan birçok çalışma mevcuttur. Bununla birlikte insansız su üstü araçları için yeni kontrolcü tekniklerinin geliştirilmesi güncel bir konudur. Tasarlanan kontrolcülerin araca etki eden dış bozuculardan etkilenmemesi istenmektedir. İnsansız su üstü aracına etki eden dış bozucular, okyanus akıntısı, dalga, rüzgar vb. olabilir. Dış bozucular aracın konumu, yönünü ve hızını etkiler. Bundan dolayı aracın istenen görevleri yerine getirememesine neden olabilir. Bu çalışmada insansız su üstü aracının kontrolü için makine öğrenmesi yöntemi önerilmiştir. Mevcutta kullanılan klasik kontrol tekniklerine alternatif bir yöntem olarak makine öğrenmesi ile dış bozucuların etkisinde, su üstü aracının hızı kontrol edilmiştir. Aracın hız kontrolünü sağlayan, makine öğrenme algoritması olan destek vektör makinesi için PID kontrolcü ile farklı referans sinyallere karşı aracın iticilerine girdi bilgileri üretilerek veriseti oluşturulmuştur. Su üstü araçları akıntıya maruz kaldıklarında yana kayma ve hücum açıları meydana gelir. Yana kayma ve hücum açıları tanımlanarak araca etki eden akıntının etkisi analiz edilmiştir. Farklı yön ve hızlardan gelen akıntıya karşı aracın hızı, destek vektör makinesi ile başarılı bir şekilde kontrol edilmiştir. Literatürde kullanılan kontrol tekniklerinden farklı olarak SVM’nin su üstü aracının kontrolünde kullanılması bu çalışmanın katkısıdır. Tüm çalışma MATLAB/Simulink ortamında yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler
İnsansız su üstü aracı Matematiksel modelleme Hız kontrolü Makine öğrenmesi Destek vektör makinesi.
Kaynakça
- Aguiar, A. P., & Pascoal, A. M. (2007). Dynamic positioning and way-point tracking of underactuated AUVs in the presence of ocean currents. International Journal of Control, 80(7), 1092-1108. https://doi.org/10.1080/00207170701268882
- Ashrafiuon, H., Muske, K. R., & McNinch, L. C. (2010). Review of nonlinear tracking and setpoint control approaches for autonomous underactuated marine vehicles. Proceedings of the 2010 American Control Conference, 5203-5211. https://doi.org/10.1109/ACC.2010.5530450
- Bertaska, I. R., Shah, B., von Ellenrieder, K., Švec, P., Klinger, W., Sinisterra, A. J., Dhanak, M., & Gupta, S. K. (2015). Experimental evaluation of automatically-generated behaviors for USV operations. Ocean Engineering, 106, 496-514. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.07.002
- Chen, M., Ge, S. S., How, B. V. E., & Choo, Y. S. (2013). Robust Adaptive Position Mooring Control for Marine Vessels. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 21(2), 395-409. https://doi.org/10.1109/TCST.2012.2183676
- Dong, Z., Wan, L., Li, Y., Liu, T., & Zhang, G. (2015). Trajectory tracking control of underactuated USV based on modified backstepping approach. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 7(5), 817-832. https://doi.org/10.1515/ijnaoe-2015-0058
- Dong, Z., Wan, L., Liu, T., & Zeng, J. (2016). Horizontal-Plane Trajectory-Tracking Control of an Underactuated Unmanned Marine Vehicle in the Presence of Ocean Currents. International Journal of Advanced Robotic Systems, 13(3), 83. https://doi.org/10.5772/63634
- Fossen, T. I., Guidance and Control of Ocean Vehicles. Wiley, 1999.
- Klinger, W. B., Bertaska, I. R., von Ellenrieder, K. D., & Dhanak, M. R. (2017). Control of an Unmanned Surface Vehicle With Uncertain Displacement and Drag. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 42(2), 458-476. https://doi.org/10.1109/JOE.2016.2571158 Lv, C., Yu, H., Hua, Z., Li, L., & Chi, J. (2018). Speed and Heading Control of an Unmanned Surface Vehicle Based on State Error PCH Principle. Mathematical Problems in Engineering, 2018, e7371829. https://doi.org/10.1155/2018/7371829
- Ma, Y., Hu, M., & Yan, X. (2018). Multi-objective path planning for unmanned surface vehicle with currents effects. ISA Transactions, 75, 137-156. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2018.02.003
- Sarda, E. I., Qu, H., Bertaska, I. R., & von Ellenrieder, K. D. (2016). Station-keeping control of an unmanned surface vehicle exposed to current and wind disturbances. Ocean Engineering, 127, 305-324. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.09.037
- Smola, A. J., & Schölkopf, B. (2004). A tutorial on support vector regression. Statistics and Computing, 14(3), 199-222. https://doi.org/10.1023/B:STCO.0000035301.49549.88
- Vapnik, V. (2000). The Nature of Statistical Learning Theory (2. bs). Springer-Verlag. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3264-1
The Velocity Control with Machine Learning under the External Disruption of an Unmanned Sea-Surface Vehicle
Öz
İnsansız su üstü araçlarının kontrolü, kullanım alanlarının her geçen gün artması nedeniyle önemli bir konu haline gelmiştir. Bu çalışmada bir insansız su üstü aracının (WAM-V USV14) akıntı etkisi altında iticilerine verilmesi gereken uygun girişlerin kontrolü sunulmuştur. İlk olarak WAM-V USV14 için üç serbestlik derecesine sahip matematiksel model elde edilmiştir. İnsansız su üstü aracının doğrusal olmayan matematiksel modeli Newton-Euler yaklaşımı ile elde edilmiştir. İnsansız su üstü araçlarının kontrolü için literatürde yapılan birçok çalışma mevcuttur. Bununla birlikte insansız su üstü araçları için yeni kontrolcü tekniklerinin geliştirilmesi güncel bir konudur. Tasarlanan kontrolcülerin araca etki eden dış bozuculardan etkilenmemesi istenmektedir. İnsansız su üstü aracına etki eden dış bozucular, okyanus akıntısı, dalga, rüzgar vb. olabilir. Dış bozucular aracın konumu, yönünü ve hızını etkiler. Bundan dolayı aracın istenen görevleri yerine getirememesine neden olabilir. Bu çalışmada insansız su üstü aracının kontrolü için makine öğrenmesi yöntemi önerilmiştir. Mevcutta kullanılan klasik kontrol tekniklerine alternatif bir yöntem olarak makine öğrenmesi ile dış bozucuların etkisinde, su üstü aracının hızı kontrol edilmiştir. Aracın hız kontrolünü sağlayan, makine öğrenme algoritması olan destek vektör makinesi için PID kontrolcü ile farklı referans sinyallere karşı aracın iticilerine girdi bilgileri üretilerek veriseti oluşturulmuştur. Su üstü araçları akıntıya maruz kaldıklarında yana kayma ve hücum açıları meydana gelir. Yana kayma ve hücum açıları tanımlanarak araca etki eden akıntının etkisi analiz edilmiştir. Farklı yön ve hızlardan gelen akıntıya karşı aracın hızı, destek vektör makinesi ile başarılı bir şekilde kontrol edilmiştir. Literatürde kullanılan kontrol tekniklerinden farklı olarak SVM’nin su üstü aracının kontrolünde kullanılması bu çalışmanın katkısıdır. Tüm çalışma MATLAB/Simulink ortamında yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler
İnsansız su üstü aracı Matematiksel modelleme Hız kontrolü Makine öğrenmesi Destek vektör makinesi.
Kaynakça
- Aguiar, A. P., & Pascoal, A. M. (2007). Dynamic positioning and way-point tracking of underactuated AUVs in the presence of ocean currents. International Journal of Control, 80(7), 1092-1108. https://doi.org/10.1080/00207170701268882
- Ashrafiuon, H., Muske, K. R., & McNinch, L. C. (2010). Review of nonlinear tracking and setpoint control approaches for autonomous underactuated marine vehicles. Proceedings of the 2010 American Control Conference, 5203-5211. https://doi.org/10.1109/ACC.2010.5530450
- Bertaska, I. R., Shah, B., von Ellenrieder, K., Švec, P., Klinger, W., Sinisterra, A. J., Dhanak, M., & Gupta, S. K. (2015). Experimental evaluation of automatically-generated behaviors for USV operations. Ocean Engineering, 106, 496-514. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.07.002
- Chen, M., Ge, S. S., How, B. V. E., & Choo, Y. S. (2013). Robust Adaptive Position Mooring Control for Marine Vessels. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 21(2), 395-409. https://doi.org/10.1109/TCST.2012.2183676
- Dong, Z., Wan, L., Li, Y., Liu, T., & Zhang, G. (2015). Trajectory tracking control of underactuated USV based on modified backstepping approach. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 7(5), 817-832. https://doi.org/10.1515/ijnaoe-2015-0058
- Dong, Z., Wan, L., Liu, T., & Zeng, J. (2016). Horizontal-Plane Trajectory-Tracking Control of an Underactuated Unmanned Marine Vehicle in the Presence of Ocean Currents. International Journal of Advanced Robotic Systems, 13(3), 83. https://doi.org/10.5772/63634
- Fossen, T. I., Guidance and Control of Ocean Vehicles. Wiley, 1999.
- Klinger, W. B., Bertaska, I. R., von Ellenrieder, K. D., & Dhanak, M. R. (2017). Control of an Unmanned Surface Vehicle With Uncertain Displacement and Drag. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 42(2), 458-476. https://doi.org/10.1109/JOE.2016.2571158 Lv, C., Yu, H., Hua, Z., Li, L., & Chi, J. (2018). Speed and Heading Control of an Unmanned Surface Vehicle Based on State Error PCH Principle. Mathematical Problems in Engineering, 2018, e7371829. https://doi.org/10.1155/2018/7371829
- Ma, Y., Hu, M., & Yan, X. (2018). Multi-objective path planning for unmanned surface vehicle with currents effects. ISA Transactions, 75, 137-156. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2018.02.003
- Sarda, E. I., Qu, H., Bertaska, I. R., & von Ellenrieder, K. D. (2016). Station-keeping control of an unmanned surface vehicle exposed to current and wind disturbances. Ocean Engineering, 127, 305-324. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.09.037
- Smola, A. J., & Schölkopf, B. (2004). A tutorial on support vector regression. Statistics and Computing, 14(3), 199-222. https://doi.org/10.1023/B:STCO.0000035301.49549.88
- Vapnik, V. (2000). The Nature of Statistical Learning Theory (2. bs). Springer-Verlag. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3264-1
Ayrıntılar
| Birincil Dil | Türkçe |
|---|---|
| Konular | Mühendislik |
| Bölüm | Makaleler |
| Yazarlar | |
| Yayımlanma Tarihi | 31 Temmuz 2021 |
| Yayımlandığı Sayı | Yıl 2021 Sayı: 26 - Ejosat Özel Sayı 2021 (HORA) |
