Sabit kanatlı İHA için uyarlamalı daldırma ve değişmezlik yöntemiyle sabit bozucuların kestirici tasarımı

Abstract

Günümüzde insansız hava araçlarının yaygınlaşmasıyla askeri ve sivil uygulamalarda pek çok kullanımları mevcuttur. Tam otomatik olarak çalışan bu otonom hava araçlarının kontrolü hakkında birçok çalışma mevcuttur. Özellikle görüş alanının kısıtlı olduğu sisli elverişsiz hava koşulları, rüzgâr gibi bozucu etkilerden kaynaklı risklerin minimize edilmesi amacıyla uçuş fazlarının otomatik olarak gerçekleştirilmesi için kontrolcü tasarımları gerçekleştirilmektedir. Uçuş birçok fazdan meydana gelmekte ve her fazda kontrol edilen parametrelerin referansları değişmektedir. Aynı zamanda dış etkilere de maruz kalan hava aracının bu etkileri minimize ederek uçuşa devam etmesi gerekmektedir. Bu nedenle bu yüksek lisans çalışması kapsamında hava aracının doğrusal olmayan dinamikleri kullanılarak daldırma ve değişmezlik yaklaşımı temeline dayanan ayrık zamanlı bozucu kestirim tasarımı önerilmektedir. Ayrık zamanlı doğrusal olmayan denklemler ile elde edilen kestirilen bozucu değerleri sabit bozucuları bastırmak amacıyla insansız hava aracının uçuş kontrolü için literatürde bulunan bir I&I tabanlı kontrolcüde kullanılmaktadır. Birinci bölümde tezin amacı açıklanmıştır. Daha sonra benzer çalışmaların olduğu literatür kısmına yer verilerek irdelenen dokümanlarda yer alan bozucuların etkisi, belirsiz parametreler gibi etkilerin kompanze edilmesi için kullanılan yöntemler, insansız hava aracı için kullanılan yöntemler, daldırma ve değişmezlik yöntemini kullanarak yapılan kontrol tasarımlarından bahsedilmiştir. Hipotez kısmı ile irdelenen dokümanlar kapsamında tasarlanan ve simülasyonu gerçekleştirilen yöntem önerilmiştir. İkinci bölümde, literatürde Euler açılarının kontrolcü tasarımı ve bu tezde bozucu kestiricilerin tasarımı için kullanılan daldırma ve değişmezlik yönteminden bahsedilmektedir. Böylece insansız hava aracı için hareket denklemlerin doğrusallaştırılmasına gerek kalmadan uyarlamalı kontrol gerçekleştirilebilmektedir. Doğrusal olmayan sistemler için daldırma ve değişmezlik kontrol yöntemi kullanılarak kararlı kılmak için kontrol edilmek istenen sistemden daha düşük dereceye sahip hedef sistem tanımlanmaktadır. Daldırma koşulu ile hedef sistem için sıfır denge noktasındaki kararlılık sorunu yeniden oluşturulmaktadır. Manifold üzerinde başlayan yörüngeler kapalı manifold adımı ile manifold içerisinde kalması sağlanmaktadır. Bu manifoldun değişmez olması ile mümkündür. Son adım olan manifold çekimi ve yörünge sınırlılığı özelliği ile manifoldun çekici ve değişmez olmasını sağlayan, kapalı döngü sistemin tüm yörüngelerini sınırlı hale getiren kontrol kuralı tasarlanmaktadır. Sonuç olarak, boyutu sistemden küçük olan hedef sistem tanımlanmakta ve sistemin dinamiklerinin hedef sistem ile çalıştığı değişmez bir manifold oluşturulmaktadır. Oluşturulan değişmez manifoldun çekici ve değişmez olmasını sağlayan kapalı döngü sistemin tüm yörüngelerini sınırlı hale getiren kontrol kuralı tasarlanması tüm bu adımların uygulanması ile sağlanmaktadır. Üçüncü bölümde, farklı merkezlere göre oluşturulan referans eksen takımlarından ve birbirlerine dönüşümlerinden bahsedilmektedir. İnsansız hava aracı için matematiksel model oluşturularak modelde kullanılacak parametreler verilmiştir. Matematiksel model kapsamında aerodinamik moment ve kuvvetlerden oluşan aerodinamik model, 6 serbestlik dereceli hareket denklemlerinin çıkarılması, atmosfer modeli, aktuatör modeli ve bozucuların modellenmesi anlatılmaktadır. Hava aracının hareket denklemleri yanal ve boylamsal denklemlerden oluşmaktadır. Dördüncü bölümde tez kapsamında insansız hava aracının doğrusal olmayan hareket denklemleri kullanılarak giriş bozucusu kesitiricisi tasarımından bahsedilmektedir. Doğrusal olmayan sistemler için daldırma ve değişmezlik kontrol yöntemi kullanılarak kararlı kılmak için tanımlanan hedef sistem ile insansız hava aracı hareket denklemlerinin davranışları sabit bozucu etkisinde iken kontrol edilmiştir. Simulasyonda doğrusal olmayan 6 serbestlik dereceli boylamsal hareket denklemleri kullanılmıştır. Tüm sistem yörüngelerini sınırlayan ve manifoldun çekim özelliğine sahip olmasını sağlayan bir kontrol kuralı tasarımına sürekli giriş bozucularını kestirerek etkilerinin sönümlenmesini sağlayan ayrık zamanlı bozdurucu kesitiricisi tasarlanmıştır. Daha sonra kontrol edilmek istenilen sistem için bilgisayar ortamında simülasyon yapılmış ve simülasyon sonuçlarının yorumlanması sağlanmıştır. Beşinci bölümde ise elde edilen sonuçlar özetlenerek çalışma ile sağlanan katkılar vurgulanmıştır.