F-16 jet uçağı için açık model izleme tabanlı boylamsal kontrolör tasarımı ve hücum açısı kestirimi

Abstract

F-16 jet uçağı matematiksel olarak modellenmiş ve Açık Model Takip tabanlı bir yaklaşım kullanılarak uçağın boylamsal dinamik kontrolörünün tasarımı anlatılmıştır. Tasarlanan kontrolör mimarisi ile uçağın kontrol performansı ve kararlılık sonuçları analiz edilmiştir. Ayrıca geri beslemede kullanılan hücum açısı verisinde hata olması durumunda Tamamlayıcı filtre ile hücum açısı kestirimi gerçekleştirilmiş ve sonuçlar tartışılarak değerlendirilmiştir. Bu tez kapsamında, Matlab/Simulink yazılımı kullanılarak F-16 jet savaş uçağının altı serbestlik dereceli (6-DOF) matematiksel modeli geliştirilmiştir. Hava aracının tüm alt sistemlerinin matematiksel modelleri ve hareket denklemleri ayrıntılı olarak ele alınmıştır. F-16 simülasyon modelinin aerodinamik veri tabanı, −20◦ ila 90◦ hücum açısı, ±30◦ yana kayma açısı ve Mach 0.6'dan düşük hava hızı gibi aerodinamik uçuş koşulları için oluşturulmuştur. Motor modeli Huo'nun çalışmasına dayanmaktadır ve 1 Mach'ın altındaki hava aracı hızları ve 15240 metrenin altındaki irtifalar için geçerlidir. Atmosfer modeli Uluslararası Standart Atmosfer (ISA) denklemleri kullanılarak oluşturulmuştur. Kontrol yüzeyleri ve ön-kenar kanat eyleyicisi birinci dereceden transfer fonksiyonları olarak modellenmiştir. Konum ve hız limitleri NASA tarafından yayınlanan teknik belgeye dayanmaktadır. Hareket denklemleri Newton-Euler yöntemi ile elde edilmiştir. Hareket denklemlerinin ve kinematiğin elde edilebilmesi için eksen takımı tanımlarına ve bu eksen takımlarının birbirlerine göre dönüşümlerine ihtiyaç vardır. Genel olarak hava araçları için yer eksen takımı, gövde eksen takımı, kararlılık eksen takımı ve rüzgar eksen takımı kullanılmaktadır. Kararlılık analizi ve kontrol sistemi tasarımında, doğrusal olmayan hava aracı dinamik denklemlerinin doğrusal olmayan modelleri kullanılır. Bu nedenle, hava aracının dinamik hareketlerini ve durumlarını içeren doğrusal olmayan hareket denklemleri, belirli statik denge noktaları etrafında doğrusallaştırılır.