Özet:
İnsanoğlunun yapmış olduğu teknoloji ürünlerinin içinde taşıtlar büyük bir öneme
sahiptir. İcat edildikleri günden itibaren sürekli bir değişim ve gelişim içinde olan
taşıtlar, farklı ihtiyaçlar doğrultusunda bu gelişime devam etmektedir. Taşıt
teknolojisi konfor, hız, güvenlik, sağlamlık gibi ihtiyaçlardan dolayı sürekli
araştırma konusu olmuştur. Taşıtların insan hayatını kolaylaştırma etkisi
olmasının yanında, kalabalıklaşan toplumlarla beraber çeşitli problemlere sebep
olduğu da bilinmektedir. Bu problemlere örnek olarak hava kirliliği, trafik
kazaları, kalabalık şehirlerdeki trafik sıkışıklığı gösterilebilir. İnsan hayatının
vazgeçilmezi haline gelen taşıtlardan kaynaklı sorunlara çözüm ve taşıtları
geliştirmeye yönelik bilimsel çalışmalar devam etmektedir. Geleneksel dört
tekerlekli taşıt yapısından farklı olarak, iki tekerlekli ve üç tekerlekli taşıtlar da
mevcuttur. İki tekerlekli taşıtların kullanımı; küçük boyutlu olması, trafik
problemini azaltıcı ve park sorununu giderici etkileri sebebi ile günümüzde önem
kazanmıştır. Bunun yanında sürücü hatalarını en aza indirmek adına otonom
taşıtlara olan ilgide günden güne artmaktadır. Bu çalışmada kullanıcı için önemli
bir yere sahip olan iki tekerlekli taşıt modelinin denge problemine çözüm olarak
jiroskop tasarımı sunulmuştur. Jiroskop-taşıt için matematiksel model oluşturup
belirlenen sistem gereklilikleri göz önüne alınarak, kontrolcü tasarımı yapılmıştır.
İlk olarak kutup yerleştirme yöntemi ile üç farklı kutup konumlarında durum geri
besleme kontrolcü , daha sonra Bryson yöntemi ile başlangıç noktası seçimi
yapılarak üç farklı ağırlık matrisi için doğrusal karesel düzenleyici lineer
quadratic regulator (LQR)] kontrolcüler ve son olarak tavlama benzetimi
algoritması kullanılarak ağırlık matrisleri belirlenen LQR kontrolcüler
tasarlanmıştır. Tasarlanan kontrolcülerin birim basamak cevapları, sistemin
doğrusal modeli kullanılarak kıyaslanmıştır. Ayrıca tasarlanan kontrolcüler
sistemin doğrusal olmayan modeli üzerinden, farklı başlangıç şartları
doğrultusunda, performans açısından birbiri ile karşılaştırılmıştır. Amaç,
jiroskobun devinim açısına göre daha iyi performans sunan kontrol stratejisini
belirlemektir. Matlab ortamında yapılan simülasyon çalışmaları, jiroskop devinim
açısı ile oluşan devrilmeye ters yönde torkun iki tekerlekli taşıtı dengelediğini
göstermiştir. Ayrıca bahsedilen Matlab çalışmaları, tasarlanan kontrolcülerin taşıt
sistemini başarıyla kontrol edebildiğini göstermektedir. Birim basamak cevapları
üzerinden yapılan kıyaslamada kutup yerleştirme yöntemi ile tasarlanan seçim 2
ve seçim 3’ün sitemi kontrol edebildiği fakat sistem gerekliliklerini sağlamadığı,
kutup yerleştirme seçim 1, LQR seçim 1,2,3 ve tavlama benzetimi ile ağırlık
matrisleri belirlenen kontrolcülerin performans kriterlerini sağladığı tespit
edilmiştir. Ek olarak disk dönme hızının, disk ağırlığının, disk yüksekliğinin sistem
üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar ile teorik olarak yapılan
simülasyon çalışmalarının sonuçları doğrultusunda iki tekerlekli taşıt denge
problemini giderici jiroskopun uygulanabilirliği ve LQR yöntemi ile tasarlanan
kontrolcünün kullanılabilirliği gösterilmiştir.