FBE- Uçak ve Uzay Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Caferov, Elbrus" ile FBE- Uçak ve Uzay Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeİTÜ-Hafif Ticari Helikopter Uçuş Dinamiği, Kararlılık Analizi Ve Geliştirilmiş Kontrol Sistemleri Tasarımı(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-05-27) Abdulhamitbilal, Erkan ; Caferov, Elbrus ; Uçak ve Uzay Mühendisliği ; Aerospace EngineeringBir ana rotor ve bir kuyruk rotor yapılandırmasından oluşan geleneksel helikopter tipi olarak İTÜ-ROTAM Merkezi tarafından tasarlanan helikopterin prototipi TAI tesislerinde üretim aşamasındadır. Bu hava aracının dinamik modelini oluşturmak ve kontrol sistemleri tasarlamak ve sınamak amacı ile bu tez çalışmasında altı serbestlik dereceli uçuş dinamiği, ana ve kuyruk rotor dinamiği ve aerodinamiği, hava aracının aerodinamiği, pilot, geleneksel ve geliştirilmiş kontrol sistemi modelleri oluşturulmuş ve simülasyonları yapılmıştır. Bu modelleme, simülasyon, kararlılık ve performans analizleri birbirine bağımlı çapraz etkileşimli doğrusal olmayan denklemlerden oluşmaktadır. Kontrol sistemleri tasarımlarını daha kolay kılabilmek için doğrusal olmayan helikopter uçuş dinamiği modelinin durum değişkenleri ağırlık merkezine etki eden üç asal eksendeki çizgisel hızlar (u, v, w), açısal hızlar (p, q, r) ve yönelme açıları (φ-yuvalanma, θ-yunuslama) olarak seçilmiş ve tanımlanmıştır. Bunun için rotor palasının çırpma ve gecikme dinamikleri analitik çözülerek doğrusal olmayan helikopter uçuş dinamiği modelinin serbestlik dereceleri azaltılarak basitleştirilmiş ve gerçek zamanlı benzetimi sağlanmıştır. Bunun yanında prototip helikopter doğrusal uçuş dinamik modelini kararlılık ve kontrol türevleri cinsinden yazılmış ve hesaplanmıştır. Değişik uçuş modları için transfer fonksiyonları çıkartılmıştır. Geleneksel insan operatör modelinin yetersiz kaldığı durumlar için geliştirilmiş pilot modeli tasarlanmıştır. Böylece çok girişli çok çıkışlı (MIMO) pilot-uçuş dinamiği modelinin kapalı-çevrim benzetimleri yapılmıştır ve pilotun kabiliyetleri sınanmıştır. Pilot yanında helikopter uçuş dinamiği modelini kararlı kılabilecek kararlılık arttırıcı sistemler (KAS) ve otomatik uçuş kontrol sistemleri (OUKS) tasarımına yer verilmiştir. Geleneksel kontrol tekniklerinin yetersiz kaldığı KAS tasarımında geliştirilmiş kontrol teknikleri ile uçuş dinamiği modelinin kararlılığı sağlanmıştır.
-
ÖgeSalt Manyetik Eylemeli Uydunun Yönelme Hareketinin Bütünsel Ve Dayanıklı Kontrolü(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-01-14) Sofyalı, Ahmet ; Caferov, Elbrus ; 10098633 ; Uçak ve Uzay Mühendisliği ; Aircraft EngineeringTez çalışmasının konusu, Dünya’nın yörüngesindeki bir uydunun kendi kütle merkezi etrafındaki hareketinin, yani yönelmesinin uydunun üç gövde ekseni etrafında kontrol edilmesidir. Eyleyici olarak yalnızca manyetik moment üreticileri kullanılmaktadır. Ele alınan problemin birinci zorluğu, gövde eksenleri doğrultusunda birbirine dik olarak yerleştirilerek kullanılan üç manyetik eyleyicinin ürettiği manyetik momentin Dünya’nın manyetik alanıyla etkileşmesi sonucunda elde edilen manyetik kontrol torkunun, daima uydunun bulunduğu konumdaki jeomanyetik alan vektörüne dik olmasıdır. Bu nedenle, salt manyetik kontrol sisteminde jeomanyetik alan vektörü doğrultusunda kontrol torku üretilemez. Eğer uydunun yörünge düzlemi Dünya’nın manyetik ekvator düzlemiyle çakışık değilse, uydu yörüngesinde ilerlerken, jeomanyetik alan vektörünün gövde eksenleri, yani eyleyicilerin manyetik moment ürettikleri eksenler doğrultusundaki bileşenleri neredeyse periyodik bir değişim gösterir. Bu sayede, kontrol torkunun üretilemediği doğrultu gövde eksen takımına göre her anda farklı olur. Bu olgu, şimdiye dek, birçok küp uydunun yanı sıra, geride kalan yirmi yıl içinde biri yaklaşık 1 tonluk ve diğer ikisi birkaç 10 kg’lik üç uydunun, etkin (active) olarak yalnızca manyetik torkla kontrollü olarak görevlerini yerine getirmesini sağlamıştır. Söz konusu üç uydunun, çevresel bozucu etkiler altında edilgin (passive) kararlılık sahibi olacak şekilde tasarlanmış olduğunu not düşmek gerekmektedir; etkin manyetik kontrol sistemleri bu şekilde desteklenmiştir. Bu arada, salt manyetik yönelme kontrolü yönteminin mühendislik uygulamasının mümkün olmasını kuramsal olarak açıklayan önemli bir çalışma on yıl önce literatürde yerini bulmuştur. Manyetik alan vektörü sistemin hareket denklemlerinde yer almaktadır. Bu vektör yörünge üzerinde zamanla değişken (time varying) olduğundan dolayı sistem de zamanla değişkendir. Ele alınan problemin ikinci zorluğu budur, çünkü zamanla değişken (otonom olmayan) (non-autonomous) kontrol sistemleriyle ilgili olarak bir kararlılık sonucuna varılması, zamanla değişken olmayan (otonom) (autonomous) sistemlere göre daha güçtür. Tez çalışmasının birinci amacı, ele alınan bu zor probleme bütünsel (global) açıdan yaklaşmak, yani kontrol edilecek sistemi doğrusal olmayan asıl haliyle ele almak ve ardından sisteme bütünsel düzgün (uniform) asimptotik kararlılık kazandıracak bir kontrolör tasarlamaktır. İkinci amaçsa, elde edilen kararlılığın ideal olmayan koşullar altındaki sistem için dahi geçerli olacağını göstermektir. Literatürde ilk amaç doğrultusunda geliştirilmiş az sayıda çözüm bulunmaktadır. İkinci amaca yönelik çalışmaların sayısıysa daha da azdır. Tez çalışmasının, bu çözümlerin sunulduğu literatür araştırması bölümü literatürdeki ilgili mevcut boşluklara dikkat çekilerek tamamlanmıştır. Hipotez bölümünün sonundaysa, tez çalışmasının hipotezinin çıkarım ve sonuçlarla doğrulanması durumunda doldurulmuş olacağı savunulan boşluklara işaret edilmiştir. Yalnızca manyetik torkla kontrol edilen doğrusal olmayan yönelme hareketi denklemleri, önce sadece çevresel bozucular, ardından da uydunun modelini temsil eden eylemsizlik momentinin belirsizliği hesaba katılarak yazılmıştır. Çevresel bozucular dört farklı tork olarak sisteme girmektedir. Elemanlarının bilinen alt ve üst sınır değerler arasındaki herhangi bir değere sahip olabileceği varsayılarak modellenen belirsiz eylemsizlik matrisinin neden olduğu bozucu etki, sisteme etki eden ayrı bir bozucu torku olarak ifade edilebilmiştir. Kontrol sisteminin, anlık olarak eksik eylenme (instantaneous underactuation) ve zamanla değişkenlik dışında, bozucularının eşleşik (matched) olmaması ve düzenli (regular) biçimde olma özelliklerine de sahip olduğu saptanmıştır. Benzetim ortamının gerçeğe uygun olmasına önem verilmiştir. Dört çevresel bozucu torku ve model belirsizliği kaynaklı bozucu torku gerçeğe yakın matematiksel modeller tarafından hesaplanmaktadır. Bu beş bozucu torkunun bileşenlerinin alttan ve üstten sınırlandırılmış olduğundan hareketle, bu sınırların kontrol sistemi tasarımı sırasında hesaplanabilmesini sağlayan formüller çıkarılmıştır. Uydunun yörüngesi ile kütlesel ve boyutsal özellikleri biliniyorsa, dört çevresel bozucu torkuna ait sınır değerleri kontrol süreci başlamadan önce, daha açık deyişle, kontrol sisteminin tasarımı sırasında elde edilebilmektedir. Model belirsizliği kaynaklı torksa, uydunun gövde eksen takımının referans eksen takımına göre açısal durumuna kuvvetli şekilde bağlıdır. Bu nedenle karşılık gelen sınır da değişkendir ve kontrol süreci içerisinde anlık olarak hesaplanmaktadır. Bu hazırlıkların ardından, tez çalışmasının asıl içeriği dördüncü bölümde sunulmuştur. Önce değişken yapılı kontrol kısaca tanıtılmış, ardından salt manyetik yönelme kontrolü problemine kayma kipli kontrol yönteminin uygulanmasıyla ilgili literatürde yer alan sayılı çalışmanın üzerinden geçilmiştir. Tez çalışmasında kullanılan yöntem geleneksel (klasik) kayma kipli kontrol yöntemi ve uygulanan yaklaşım eşdeğer kontrol yaklaşımıdır. Bu nedenle, manyetik kayma kipli kontrolörün tasarımına eşdeğer kontrol yönteminin çıkarım ve uygulama adımları verildikten sonra geçilmiştir. Momentum aktarımı ya da itki yoluyla sisteme doğrudan etki edecek şekilde üretilebilen tork ile yönelme kontrolü probleminde kullanılagelen kayma manifoldu sergilenmiştir. Bu manifolda eklenen iki integral terimi, yerel jeomanyetik alana bağlı bir manifold elde edilmesini sağlamıştır. Önerilen bu zamanla değişken manifold manyetik alan bilgisini içermesi sayesinde, probleme eşdeğer kontrol yönteminin uygulanmasının önündeki engellerin kalkmasını sağlamıştır. Bu manifoldda bir kayma kipinin var olup olmadığına ilişkin çözümleme de göstermiştir ki, tasarlanan manyetik kayma kipli kontrolör durum değişkenlerinin yörüngelerini manifolda sonlu zamanda (in finite time) eriştirerek yönelme hareketini kayma kipine sokmaktadır. Bu önemli sonuç, önerilen manifoldda, katı bir uydunun salt manyetik eylemeyle kontrol edilen yönelme hareketi için bir kayma kipinin var olduğu anlamına gelmektedir. Sonraki adımda, kayma kipindeki hareketin referansta son bulduğundan emin olunması için bu kipteki indirgenmiş mertebeli hareket çözümlenmiştir. Varılan sonuç, kayma kipine ait durum değişkenlerinin monoton bir şekilde referans değerlerine yakınsadığıdır. Böylelikle, tasarlanmış olan kontrolörün salt manyetik yönelme kontrolü problemine bütünsel düzgün asimptotik kararlı bir çözüm getirmiş olduğu anlaşılmıştır. Uygulanan yöntemin dayanıklı (robust) bir kontrol yöntemi olması sayesinde, problem aynı zamanda kararlılık dayanıklılığı (stability robustness) açısından da çözülmüş olmuştur. Kontrolör tasarımı, manifolda sonlu zamanda erişme koşulu çevresel ve model belirsizliği kaynaklı bozucular etkinken dahi sağlanacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Öyleyse, elde edilmiş olan kararlılık bozucu etkilere dayanıklı bir kararlılıktır. Kuramsal sonuçların sayısal olarak doğrulanıp doğrulanmadığı sınanmıştır. Gerçekleştirilen benzetimlerde, iki farklı erişme yasası kullanılarak tasarlanan iki farklı manyetik kayma kipli kontrolör tarafından kontrol edilen yönelme durumunun, birbirinden uzak başlangıç ve referans durumları arasında ve ideallikten uzak koşullar altında kuramsal sonuçların işaret ettiği şekilde değiştiği görülmüştür. Son olarak, önerilen kayma manifoldu kullanılarak probleme integral kayma kipli kontrol yöntemi uygulanmıştır. Bu yolla, katı bir uydunun salt manyetik eylemeyle kontrol edilen yönelme hareketi için aynı zamanda bir integral kayma kipinin de var olduğu gösterilmiştir. Söz konusu kip kontrol sürecinin başlangıcından itibaren geçerli olduğundan dolayı, bu yöntem sayesinde, kontrol edilen harekete geleneksel kayma kipli kontrol yöntemi tarafından sağlanan kararlılık, bozuculara karşı tüm kontrol süresince dayanıklı kılınabilmiştir.