Boylamsal uçuş kontrolünde frekans alanı tabanlı döngü şekillendirme

Abstract

Bu tez çalışmasında, F-16 savaş uçağının boylamsal uçuş kontrolü için frekans alanına dayalı döngü şekillendirme yaklaşımı ile düşük mertebeli bir kontrolör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Modern savaş uçaklarında yüksek manevra kabiliyeti ve performans gereksinimleri, uçuş kontrol sistemlerinin hem kararlı hem de gürbüz olacak şekilde tasarlanmasını zorunlu kılmaktadır. Özellikle eyleyici dinamikleri ve zaman gecikmeleri gibi pratik etkiler, kontrol sisteminin frekans alanı davranışını bozarak istenilen performansın elde edilmesini zorlaştırmaktadır. Çalışma kapsamında öncelikle F-16 hava aracının doğrusal olmayan modeli doğrusallaştırılarak durum uzayı formunda ifade edilmiştir. Boylamsal dinamikler, hız, hücum açısı, yunuslama açısal hızı ve yunuslama açısından oluşan indirgenmiş bir model ile temsil edilmiştir. Kontrol tasarım sürecinde kısa periyot dinamiklerinin stabilizasyonuna odaklanan bir Stabilite Artırma Sistemi (SAS) ile yunuslama açısı takibini gerçekleştiren PI tabanlı bir kontrol yapısı oluşturulmuştur. Elde edilen kontrol yapısının zaman ve frekans alanındaki performansı incelendiğinde, referans takibinin sağlanmasına rağmen eyleyici dinamikleri ve zaman gecikmelerinin açık çevrim karakteristiği üzerinde önemli etkiler oluşturduğu gözlemlenmiştir. Özellikle kesişim bölgesinde genlik çökmesi ve eğim bozulmaları meydana gelmiş, bu durum duyarlılık fonksiyonunda artışa ve sistem gürbüzlüğünde azalmaya neden olmuştur. Yapılan frekans alanı analizleri sonucunda, mevcut kontrol yapısının açık çevrim karakteristiğinin iyileştirilebileceği ve daha uygun gürbüzlük özelliklerinin elde edilebileceği belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, önerilen yöntemin kesişim bölgesinde düzgün bir eğim sağladığını, duyarlılık tepe değerini azalttığını ve faz payını iyileştirdiğini göstermektedir. Zaman alanı analizlerinde ise klasik yönteme kıyasla daha düşük aşım ve daha dengeli bir geçici rejim davranışı elde edilmiştir. Ayrıca tasarlanan kontrolör, doğrusal olmayan model üzerinde yeniden ayar yapılmaksızın test edilmiş ve performansın korunduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma frekans alanında açık çevrim karakteristiğini doğrudan hedefleyen ve optimizasyon ile desteklenen bir döngü şekillendirme yaklaşımının, düşük mertebeli uçuş kontrol sistemlerinde gürbüzlük ve performans arasında dengeli bir çözüm sunduğunu göstermektedir.