DURUM GERİBESLEMELİ UÇUŞ KONTROL SİSTEM TASARIMI. Emre KIYAK 1, * FLIGHT CONTROL SYSTEM DESIGN WITH STATE FEEDBACK



Benzer belgeler
Emre KIYAK * ve Gülay İYİBAKANLAR. Geliş Tarihi/Received : , Kabul Tarihi/Accepted :

UÇUŞ KONTROL SİSTEMİNDE GÖZLEYİCİ KULLANARAK ARIZA TESPİTİ

UÇUŞ KONTROL SİSTEMİNDE BİLİNMEYEN GİRİŞ GÖZLEYİCİLERİ KULLANARAK ALGILAYICI ARIZASI TESPİTİ VE AYRIMI

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

İleri Diferansiyel Denklemler

Optimal Kontrol. Durum ve Çıkış Geri-beslemeli Kontrolörlerin DME. 18 Aralık Yıldız Teknik Üniversitesi, Istanbul, Türkiye

Ders İçerik Bilgisi. Dr. Hakan TERZİOĞLU Dr. Hakan TERZİOĞLU 1

Sistem Dinamiği. Bölüm 2- Dinamik Cevap ve Laplace Dönüşümü. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK'2015, Eylül 2015, Denizli

EEM 452 Sayısal Kontrol Sistemleri /

Zaman Domeninde Modelleme Transfer Fonksiyonu Durum Uzay Dönüşümü Durum Uzay Transfer Fonksiyonu DönüşümÜ

İleri Diferansiyel Denklemler

MAK669 LINEER ROBUST KONTROL

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EET305 OTOMATİK KONTROL I Dr. Uğur HASIRCI

Dikey İniş Kalkış Yapabilen Sabit Kanatlı İnsansız Hava Aracı Çalışmaları

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

1. Giriş. 2. Dört Rotorlu Hava Aracı Dinamiği 3. Kontrolör Tasarımı 4. Deneyler ve Sonuçları. 5. Sonuç

Şayet bir lineer sistemin en az bir çözümü varsa tutarlı denir.

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR

PROJE ADI: Bir Koniğin Üzerindeki Veya Dışındaki Bir Noktadan Çizilen Teğetlerin Denklemlerini Matrisler Yardımıyla Bulma

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

Otomatik Kontrol. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemin Genel Gereklilikleri

MATLAB DA SAYISAL ANALİZ DOÇ. DR. ERSAN KABALCI

PID ve Bulanık Denetime Dayalı Otopilot Tasarımlarının Karşılaştırılması

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

Hava Taşıtlarının Uçuş Kontrolü için Doğrusal Kuadratik Regülator Yöntemi ile Optimal Kontrolör Tasarımı

KİNETİK MODEL PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİNDE KULLANILAN OPTİMİZASYON TEKNİKLERİNİN KIYASLANMASI

YER HİZMETLERİ VE RAMP - I. Öğr. Gör. Gülaçtı ŞEN

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SİVİL HAVACILIK ANABİLİM DALI YENİ DERS ÖNERİSİ/ DERS GÜNCELLEME

Otomatik Kontrol. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemin Genel Gereklilikleri. Hazırlayan: Dr. Nurdan Bilgin

BELİRSİZLİK İÇEREN SİSTEMLERİN GUTMAN-HAGANDER METODUYLA KONTROLÜ

Birinci Mertebeden Adi Diferansiyel Denklemler

Kontrol Sistemleri (EE 326) Ders Detayları

BÖLÜM 1: TEMEL KAVRAMLAR

AERODİNAMİK KUVVETLER

Kaynaklar Shepley L. Ross, Differential Equations (3rd Edition), 1984.

İstatistik ve Olasılık

x 0 = A(t)x + B(t) (2.1.2)

Özdeğer ve Özvektörler

Doç. Dr. Bilge DORAN

İleri Diferansiyel Denklemler

U.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Elektronik Mühendisliği Bölümü ELN3102 OTOMATİK KONTROL Bahar Dönemi Yıliçi Sınavı Cevap Anahtarı

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

KUADRATİK FORM. Tanım: Kuadratik Form. Bir q(x 1,x 2,,x n ) fonksiyonu

Plazma İletiminin Optimal Kontrolü Üzerine

İKİ BOYUTLU ÇUBUK SİSTEMLER İÇİN YAPI ANALİZ PROGRAM YAZMA SİSTEMATİĞİ

HAFİF TİCARİ KAMYONETİN DEVRİLME KONTROLÜNDE FARKLI KONTROLÖR UYGULAMALARI

Yrd. Doç. Dr. A. Burak İNNER

ÖRNEKLER-VEKTÖR UZAYLARI 1. Çözüm: w=k 1 u+k 2 v olmalıdır.

ÇOKLU MODEL GEÇİŞ TABANLI ABS TASARIMI: 1. KISIM KONTROLCÜ TASARIMI

KST Lab. Shake Table Deney Föyü

İleri Diferansiyel Denklemler

Zeki Optimizasyon Teknikleri

2011 Third International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

KONTROL ORGANI VE SİSTEMLERİ:

KST Lab. Manyetik Top Askı Sistemi Deney Föyü

OTOMATİK KONTROL. Set noktası (Hedef) + Kontrol edici. Son kontrol elemanı PROSES. Dönüştürücü. Ölçüm elemanı

BELĐRLĐ BĐR SIKMA KUVVETĐ ETKĐSĐNDE BĐSĐKLET FREN KOLU KUVVET ANALĐZĐNĐN YAPILMASI

ROBUSTNESS ANALYSIS OF AN INVERTED PENDULUM SYSTEM UNDER LINEAR QUADRATIC CONTROLLERS

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EET305 OTOMATİK KONTROL I Dr. Uğur HASIRCI

H(s) B(s) V (s) Yer Kök Eğrileri. Şekil13. V s R s = K H s. B s =1için. 1 K H s

HOMOGEN OLMAYAN DENKLEMLER

Sistem Analizinde Modern Kontrol Mekanizmaları Bahman Alp RENÇBER

Parametrik doğru denklemleri 1

YAZILI SINAV SORU ÖRNEKLERİ MATEMATİK

Otomatik Kontrol. Kontrol Sistemlerin Temel Özellikleri

Fiziksel Sistemlerin Matematik Modeli. Prof. Neil A.Duffie University of Wisconsin-Madison ÇEVİRİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU 2012

SAYISAL KARARLILIK. Zaman Uzayı Sonlu Farklar Yöntemi

Lineer Dönüşümler ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Öğr. Grv.Dr. Nevin ORHUN

Taşıt Aktif Süspansiyon Sistemlerinin Adaptif Kontrolü

FLAP TİPİNDEKİ DENETİM YÜZEYLERİ İÇİN ANTAGONİSTİK TİP ŞEKİL BELLEKLİ ALAŞIMLI BİR EYLETİCİ TASARIMI

2 1 fonksiyonu veriliyor. olacak şekilde ortalama değer teoremini sağlayacak bir c sayısının var olup olmadığını araştırınız. Eğer var ise bulunuz.

Bir özvektörün sıfırdan farklı herhangi bri sabitle çarpımı yine bir özvektördür.

Döngüde Donanımsal Benzetim Test Platformu Kullanarak Otopilot Tasarımı. Autopilot Design Using Hardware-in-the-Loop Test Platform

Otomatik Kontrol I. Dinamik Sistemlerin Matematik Modellenmesi. Yard.Doç.Dr. Vasfi Emre Ömürlü

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

PID DENETİM ORGANI KULLANARAK UÇAKLARDA KALKIŞ VE İNİŞ HALİNDE YUNUSLAMA (PITCH) AÇISI KONTROLÜ. Şahin YILDIRIM 1,*, Sertaç SAVAŞ 1

biçimindeki ifadelere iki değişkenli polinomlar denir. Bu polinomda aynı terimdeki değişkenlerin üsleri toplamından en büyük olanına polinomun dereces

ÖZGEÇMİŞ 1. Adı Soyadı : Mehmet Nur Alpaslan Parlakçı İletişim Bilgileri Adres

Sistem Dinamiği. Bölüm 9- Frekans Domeninde Sistem Analizi. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

Dersin Yarıyılı. Kredisi. Prof. Dr. İbrahim YÜKSEL/ Öğr. Gör. Dr. Mesut ŞENGİRGİN/ Öğr. Gör. Dr. Gürsel ŞEFKAT/Öğr.Gör.Dr. Zeliha K.

Ders İçerik Bilgisi. Sistem Davranışlarının Analizi. Dr. Hakan TERZİOĞLU. 1. Geçici durum analizi. 2. Kalıcı durum analizi. MATLAB da örnek çözümü

Zaman Domeninde Modelleme Transfer Fonksiyonu Durum Uzay Dönüşümü Durum Uzay Transfer Fonksiyonu Dönüşümü Durum Uzayında Doğrusallaştırma

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

İleri Diferansiyel Denklemler

ELN3102 OTOMATİK KONTROL BAHAR

ELN3052 OTOMATİK KONTROL MATLAB ÖRNEKLERİ - 2 TRANSFER FONKSİYONU, BLOK ŞEMA VE SİSTEM BENZETİMİ UYGULAMALARI:

Kontrol Sistemlerinin Tasarımı

Sinyal Analizi ve Kontrol (AEE303) Ders Detayları

Cemal Keleş 1, Asım Kaygusuz 1

Lineer Cebir. Doç. Dr. Niyazi ŞAHİN TOBB. İçerik: 1.1. Lineer Denklemlerin Tanımı 1.2. Lineer Denklem Sistemleri 1.3. Matrisler

EGE ÜNİVERSİTESİ EGE MYO MEKATRONİK PROGRAMI

ii) S 2LW 2WH 2LW 2WH S 2WH 2LW S 3( x 1) 5( x 2) 5 3x 3 5x x Maliye Bölümü EKON 103 Matematik I / Mart 2018 Proje 2 CEVAPLAR C.1) C.

Kontrol Sistemlerinin Analizi

İleri Diferansiyel Denklemler

İÇİNDEKİLER. Bölüm 1 MATEMATİKSEL İKTİSADA GİRİŞ İktisat Hakkında İktisatta Grafik ve Matematik Kullanımı 13

İleri Diferansiyel Denklemler

Transkript:

Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) http://fbe.erciyes.edu.tr/ ISS 2-2354 DURUM GERİBESEMEİ UÇUŞ KOTRO SİSTEM TASARIMI Emre KIYAK * Anadolu Üniversitesi Sivil Havacılık Y.O. ESKİŞEHİR ÖZET Durum geribeslemeli kontrol belirli bir kapalı döngü sistem kutuplarının sabit kazançlı bir geribesleme matrisi ile elde edilebilmesine dayanır. Bu sayede denetlenen değişken arzu edilen değerde tutulabilir. Kontrol sistem tasarımlarında kullanılan geleneksel denetleyicilerden P PI PD ve PID tip denetleyicilerin dezavantajlı olması halinde bu tip denetim kullanılabilir. Bu çalışmada bir uçağın uzunlamasına ve yanlamasına uçuş kalitesinin arttırılması amacıyla tüm durumların doğrudan ölçülebildiği varsayılarak durum geribeslemeli kontrol ile tasarım gerçekleştirilmektedir. Anahtar Kelimeler: Uçuş kontrol sistemi Kararlılık artırımı Durum geribeslemeli kontrol Gözleyiciler. FIGHT COTRO SYSTEM DESIG WITH STATE FEEDBACK ABSTRACT State feedback control is based on the fact that the system poles of a certain closed loop system can be obtained from the constant gain feedback matrix. Thus the controlled variable can be kept at the preferred value. This kind of control can be used in case of the disadvantages of the traditional controllers such as P PI PD and PID. In this study the design having the target of improving the quality of the longitudinal and lateral flight is realized by state feedback control with the assumption that all of the states can be directly measured. Keywords: Flight control system Stability augmentation State feedback control Observers. *E-posta: ekiyak@anadolu.edu.tr

4 Durum Geribeslemeli Uçuş Kontrol Sistem Tasarımı. GİRİŞ Durum geribeslemeli kontrol ileri çevrim yolu üzerinde P PI PD ve PID denetleyicilerdeki olduğu gibi sabit bir yapıyla sağlanan denetim yerine durum değişkenleri sabit kazançlarla çarpılarak geribesleme yoluyla sağlanan kontroldür []. Durum geribeslemesine ait blok diyagram yapısı Şekil de verilmektedir. r (t) u(t) x(t) + - Sistem C y (t) K Şekil. Durum geribeslemeli kontrol. Şekil de r (t) referans girişe u(t) karşılaştırıcı çıkışına x (t) sistem durumlarına y (t) sistem çıkışlarına C çıktı katsayılar matrisine ve K durum geribesleme vektörüne karşılık gelmektedir. Durum geribeslemeli kontrol denetlenen çıkışa ait durumların ölçülüp geribeslendiği ve arzu edilen giriş değeri ile kıyaslandığı bir kapalı çevrim denetim sistemidir. Sistem durumları arzu edilen durumu sağlayacak şekilde karşılaştırıcı çıkışı üzerinde etki eder [2]. Tek girdili tek çıktılı sistemlerde PI denetleyici ile yapılan çok fazla çalışma mevcuttur. Çok girdili çok çıktılı sistemler için yapılan çalışmalardan bir tanesi kapalı çevrimli sistemin kararlı olması halinde sistemin istenen durgun durumlara gelmesi için durum denklemlerinin diyagonal formda yeniden tanımlanarak PI denetleyiciye ait kazançların bulunmasıdır [3]. Beş girdili iki çıktılı bir helikopter modeli kanonik formda yazılarak dinamik durum regülatörü tasarlanmıştır [4]. Çok girdili çok çıktılı uçak modeli için kazanç ölçeklemesine dayalı bir durum geribesleme kontrolünün kullanışlılığı gösteren çalışma yapılmıştır [5]. Buna benzer bir başka çalışmada parametreye bağımlı yapunav fonksiyonu yaklaşımı ve kazanç ölçeklemesine dayanan bir katsayı çarpanı yönteminin bir arada kullanıldığı yöntem ile adaptif kontrolden elde edilen

E. Kıyak / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) 4 kazancın kullanıldığı benzetimler bir uzunlamasına uçak modeli için birbiriyle kıyaslanarak etkileri tartışılmıştır [6]. Durum geribeslemeli kontrolün havacılıktaki uygulamalarından bir tanesi koordineli dönüş yapan bir uçak modeli için performans ve kontrolde gürbüzlük sağlanması amacıyla genelleştirilmiş ewton metodu kullanılarak optimum kazancın bulunmasıdır [7]. Bir uzunlamasına uçak modeli ve bir helikopter modeli için durum geribeslemeli kontrol ile gözleyicinin yaptığı kestirim sonuçlarının karşılaştırmaları tartışılmıştır [8]. Bu çalışmada durum geribeslemesi olarak bilinen kontrol metodunun bir uçağın uzunlamasına ve yanlamasına hareketindeki uçuş kalitesinin arttırılması probleminde kullanılması amaçlanmıştır. Bu anlamda literatürde bilinen bir yöntemin mevcut bir probleme uygulanması şeklinde değerlendirilebilir. Ancak uygulama açısından değerlendirildiğinde önemli yararları bulunmaktadır. Tüm durumların doğrudan ölçülebildiği veya kestirilebildiği varsayılarak durum geribeslemeli kontrol ile uçağın uzunlamasına ve yanlamasına hareketi için tasarım gerçekleştirilmektedir. Yapılan tasarım ile kararsız bir uçak sisteminin kararlı hale getirilmesi benzetimlerle ve yöntemde kullanılan matematiksel ifadelerle gösterilmektedir. Bu anlamda uçak gibi hayati öneme sahip bir sistemin kararlılığının sağlanması açısından oldukça pratik bir yöntem olarak değerlendirilip istenen performansta kararlılık sağlanabilir. 2. DURUM GERİBESEMEİ KOTRO TASARIMI Durum geribeslemeli kontrol tasarımı karakteristik denklem köklerinin doğrudan kontrol edildiği bir kontrol yöntemi olup kontrol edilebilir bir sistemin kararlı hale getirilmesinde kullanılabilir Sabit denetleyici yapıları ve fiziksel sınırlılıklar yerine seçilen kutuplarla çalışmak çok daha serbestlik kazandırmaktadır []. 2.. Durumları Doğrudan Ölçülebilir Sistemler 2... Tek Girişli Sistemler İçin Tasarım Doğrusal zamanla değişmeyen ve tüm durumların ölçülebildiği bir sistemin durum uzayındaki gösterimi aşağıdaki gibi tanımlansın []:

42 Durum Geribeslemeli Uçuş Kontrol Sistem Tasarımı x & Ax + Bu () Burada; A durum vektörü; u nxn R sistem katsayılar matrisi B x R giriş vektörü ve olarak tanımlanmıştır. nx R kontrol dağıtım katsayılar matrisi x nx R Bir K R xn geribesleme matrisi tanımlayalım: K [ k k ] (2) 2 k n Bu durumda u giriş vektörü u K T x + r (3) şeklinde yazılabilir. Eşitlik (3) Eşitlik () de yazılırsa T T & (4) x Ax + B( K x + r) ( A BK ) x Br olarak elde edilir. [ A B] çifti tamamen kontrol edilebilir olması halinde T si A + BK (5) eşitliğinden K geribesleme matrisi bulunabilir. Eşitlik (5) den elde edilebilen K yerine Bass-Gura tekniği kullanılarak durum geribesleme kazançları doğrudan bulunabilir [9]: K T [( VW ) ] [ a a] (6)

E. Kıyak / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) 43 Burada V kontroledilebilirlik matrisi W dönüşüm matrisi a istenen karakteristik denklemin katsayılardan elde edilen vektör ve a açık çevrim karakteristik denklemin katsayılarından elde edilen vektör olarak tanımlanmıştır. İstenen karakteristik denklem sönümleme oranı ( ζ ) ve doğal frekansı ( w ) terimleri kullanılarak n n n λ + a λ + + a (7) n şeklinde yazıldığında istenen karakteristik denklemin katsayılarından a elde edilir. a a a M 2 a n (8) Öte yandan açık çevrim karakteristik denklemi λ I A (9) şeklindedir. Eşitlik () denklemin çözümü olarak düşünülürse n n λ + a λ + + a () n açık çevrim karakteristik denklemin katsayılarından elde edilen vektör a a a M 2 a n () olarak elde edilir. Kontroledilebilirlik matrisi V n [ B AB A B] (2)

44 Durum Geribeslemeli Uçuş Kontrol Sistem Tasarımı şeklindedir. Dönüşüm matrisi M a n an M M a M W (3) şeklindedir. Eşitlik (6) da verilen K geribesleme vektörü u K T x + r (4) şeklinde sisteme girdi olarak verilerek kararlılık sağlanır. 2..2. Çok Girişli Sistemler İçin Tasarım Eğer giriş vektörü u mx R şeklinde çok girişli ise Eşitlik (4) T & (5) x ( A BGK ) x Br g şeklinde yazılır. Burada G g M 2 g m si A + BGK çözümünden K bulunabilir ve şeklinde tasarımcı tarafından belirlenen bir vektördür []. u GK T x + r (6) şeklinde sisteme girdi olarak verilerek kararlılık sağlanır. 2.2. Durumların Tamamı Doğrudan Ölçülemeyen Sistemler Eğer Eşitlik () deki durumların tamamı ölçülemiyorsa bu durumda gözleyici kullanım yoluna gidilir.

E. Kıyak / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) 45 Gözleyici dinamiği doğrusal bir sistem için y ölçüm vektörüyle u giriş vektörünün lineer kombinasyonu şeklinde ifade edilebilir []: & (7) z Fz + Gy + u Burada; F : Gözlemleyici dinamikleri matrisi (n x n) G : Ölçüm dağıtım matrisi (n x n) : Kontrol dağıtım matrisi (n x m) olarak tanımlanmaktadır. Eşitlik () n x n boyutlu bir T matrisiyle çarpılıp Eşitlik (7) den çıkartıldığında z Tx& Fz + u + GCx TAx TBu & (8) elde edilir. Hata vektörü; e z Tx (9) tanımlanırsa; Eşitlik (8) deki denklem aşağıdaki şekilde yazılabilir: & (2) e F( z Tx) + ( FT TA + GC) x + ( TB) u Eşitlik (2) de FT TA + GC (2)

46 Durum Geribeslemeli Uçuş Kontrol Sistem Tasarımı TB (22) olarak seçilirse e &( t) Fe( t) şeklinde olur. Bu diferansiyel denklemin çözümü ise Ft (23) e( t) e e() şeklindedir. Bu durumda F Hurwitz seçilirse; lim e ( t ) t (24) şeklinde yazılabilir. Bu durumda da lim z( t) lim Tx( t) haline dönüşmüş olur. t t Burada seçilen T matrisi n boyutlu birim matris olursa gözleyicinin durumları gerçek sistem durumlarına yakınsar. 3. UÇUŞ KOTRO SİSTEMİ İÇİ DURUM GERİBESEME TASARIMI Bir uçağın uzunlamasına ve yanlamasına uçuş kalitesinin arttırılması için kararlılık arttırıcı sistem olarak durum geribeslemesi kullanılabilir. [2]. Burada yapılan esas sistemin özdeğerlerini durum geribeslemesi yoluyla değiştirerek istenen performansta kararlılık sağlamaktır. 3.. Uçak Hareket Eksenleri Bir uçak üç eksen etrafında hareket eder. Bunlardan uzunlamasına eksen uçağın ağırlık merkezinden geçip burnundan kuyruğuna uzanan eksendir. Uçağın bu eksen etrafında yaptığı harekete yatış hareketi denir. Uçağın bu eksen etrafında hareket uçak tipine bağlı olarak kanatçık elevon veya spoiler ile kontrol edilir. Enlemesine eksen uçağın ağırlık merkezinden geçip bir kanat ucundan diğer kanat ucuna doğru uzanan eksendir. Uçağın bu eksen etrafında yaptığı harekete yunuslama hareketi denir. Uçağın bu eksen etrafında yaptığı hareket irtifa dümeni (elevatör) hareketli yatay stabilize (stabilizatör) ve elevonlar tarafından kontrol edilir. Düşey eksen uçağın ağırlık merkezinden geçip gövde üst kısmından gövde alt kısmına uzanan eksendir. Uçağın düşey eksen etrafında yaptığı harekete sapma hareketi denir. Uçağın bu eksen etrafındaki hareket istikamet dümeni tarafından sağlanır [2].

E. Kıyak / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) 47 Şekil 2. Uçak hareket eksenleri [2]. 3.2. Uzunlamasına Kararlılık Artırımı Uzunlamasına hareket durum değişkenleri ve kontrol girdisi Eşitlik (25) de gösterilmektedir [9]: w u q θ E x [ ] u (25) Kararlılık türevlerinden matrisleri ise Eşitlik (26) daki gibi tanımlıdır [9]: M w & nin önemsiz derecede küçük olduğu kabulü yapılarak A ve B X u X w g Z u Z w u A M u M w M q Z B M (26) Bu ifadelerde; u uçağın ileriye doğru hızı w uçağın dönüş hızı U uçağın ileriye doğru denge hızı q yunuslama açısal hızı θ yunuslama açısı E irtifa dümeni açısı g yerçekimi ivmesi X u X w Zu Z w M u M M Z M ise ilgilenilen uçuş durumundaki kararlılık türevleridir. q w Geniş gövdeli bir uçağın uzunlamasına hareketine ait durum denklemindeki A ve B katsayı matrisleri aşağıdaki gibi elde edilmiştir []:

48 Durum Geribeslemeli Uçuş Kontrol Sistem Tasarımı.2.39 9.8.7.37 25 A.6.3.339 5.46.6 B (27) Katsayı matrisleri incelendiğinde modelin tek girdili bir sistem olduğu görülmektedir. Bu durumda Bass-Gura tekniği kullanılarak durum geribesleme kazançları bulunabilir. İstenen kısa ve uzun karakteristikler. 6 kontroledilebilirlik matrisi ζ w 3. 5 k n k ζ ve w. olsun. Bu durumda u n u 5.46.6.229 288.2692.496.6.37 93.82.7259.496 3.5399 2.388.8275.7259 V (28) şeklindedir. Dönüşüm matrisi.368.7527.368..7527.368 W (29) şeklindedir. İstenen karakteristik denklemin katsayılarından elde edilen vektör 9 3....9 26 5 6 a (3) şeklinde ve açık çevrim karakteristik denklemi 4 3 2 λ +.368λ +.7527λ.λ +.22 (3) şeklinde olup bu denklemin katsayılarından elde edilen vektör

E. Kıyak / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) 49. 7527. 368.22. a (32) şeklindedir. Bütün bu eşitlikler Eşitlik (7) de yerine yazılırsa. 8 245. 26.348. 86 K (33) olarak elde edilir. Eşitlik (27) de verilen uzunlamasına uçak modeli kullanılarak birim basamak girdi için durum değişkenleri tepkileri Şekil 3 deki gibi elde edilmiştir. Şekil 3. Kararsız sistem için durum değişkenleri. Şekil 3 de 2 3 ve 4 nolu numaralar sırasıyla u w q ve θ durum değişkenlerine karşılık gelmektedir. Durum değişkenlerinin kararsızlığı göze çarpmaktadır. Şekil 4 de ise Eşitlik (33) de verilen durum geribeslemesi kullanılarak elde edilen kararlı sistemin durum değişkenleri verilmektedir.

Durum Geribeslemeli Uçuş Kontrol Sistem Tasarımı 42 Şekil 4. Kararlı sistem için durum değişkenleri. Şekil 4 de verilen durum değişkenlerinin tamamının bir süre sonra yatışkın duruma geldiği görülmektedir. 3.3. Yanlamasına Kararlılık Artırımı Yanlamasına hareket durum değişkenleri ve kontrol girdisi Eşitlik (34) de verilmektedir [9]: φ r p v x i k u (34) Kararlılık türevlerinden oluşan A ve B matrisleri ise Eşitlik (35) deki gibi tanımlıdır []: / r p r p v u g Y β β A R A R A R Y B (35) Bu ifadelerde; β yana kayış açısı p yatış açısal hızı r sapma açısal hızı φ yatış açısı k kanatçık açısı i istikamet dümeni açısı A R A R Y Y r p r p v β β R ise ilgilenilen uçuş durumundaki kararlılık türevleridir.

E. Kıyak / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) 42 Geniş gövdeli bir uçağın yanlamasına hareketine ait durum denklemindeki A ve B katsayı matrisleri aşağıdaki gibi elde edilmiştir []:.56 25 9.8.5.47.39 A.6.32.5.4.8.2.5.48 B (36) Katsayı matrisleri incelendiğinde modelin çok girdili bir sistem olduğu görülmektedir. İstenen kısa ve uzun karakteristikler ζ. 6 w 3 ζ. 5 ve w. olsun. k n k u n u Aşağıdaki gibi bir matris seçilsin: G.25 (37) Bu durumda; BG.4.8.2.5.. 3.48.25 775. 2 B (38) şeklinde B kullanılarak Bass-Gura yöntemi uygulanabilir. Bu durumda kontroledilebilirlik matrisi.2. 28..2 2. 29.3 6.8. 42.9 22.5 2.2 29.3 V (39) şeklindedir. Dönüşüm matrisi

422 Durum Geribeslemeli Uçuş Kontrol Sistem Tasarımı W.64 5..64 89.2 5..64 (4) şeklindedir. İstenen karakteristik denklemin katsayılarından elde edilen vektör 9 3....9 26 5 6 a (4) şeklinde ve açık çevrim karakteristik denklem 4 3 2 λ +.64λ + 5.λ + 89.2λ. (42) şeklinde olup bu katsayılardan elde edilen vektör 564. 89.. 2. a (43) şeklindedir. Bütün bu eşitlikler Eşitlik (7) de yerine yazılırsa 2355 2 5.. 934.8566. 2293 K (44) Eşitlik (36) da verilen yanlamasına uçak modeli kullanılarak birim basamak girdi için durum değişkenleri tepkileri Şekil 5 deki gibi elde edilmiştir.

E. Kıyak / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) 423 Şekil 5. Kararsız sistem için durum değişkenleri. Şekil 5 de 2 3 ve 4 nolu numaralar sırasıyla β p r ve φ durum değişkenlerine karşılık gelmektedir. Durum değişkenlerinin kararsızlığı göze çarpmaktadır. Şekil 6 da ise Eşitlik (44) de verilen durum geribeslemesi kullanılarak elde edilen kararlı sistemin durum değişkenleri verilmektedir. Şekil 6. Kararlı sistem için durum değişkenleri. Şekil 6 da verilen durum değişkenlerinin tamamının çok yavaş da olsa sönümlenerek yatışkın duruma ulaşacakları görülmektedir.

424 Durum Geribeslemeli Uçuş Kontrol Sistem Tasarımı 4. TARTIŞMA ve SOUÇ Kontrol sistemlerinin amacı girişte istenen değerin çıkışta elde edilebilmesidir. İstenen tasarım kriterine bağlı olarak denetleyici tasarımı yapılabilecek ilk işlerden biridir. Klasik denetleyici yapılarından P PI PD veya PID tip denetleyicilerle birlikte günümüzün dijital ortamında bulanık mantığa yapay sinir ağlarına veya genetik algoritmaya dayanan algoritmalarla bir denetleyici tasarım yoluna gidilebilir. Ancak bu tip denetleyiciler de sabit yapıdan veya fiziki durumdan kaynaklanan sınırlılıklar olabilir. Üç ya da daha yüksek mertebeden bir sistem kontrolünde sadece iki serbest parametre bulunduğundan sistemin tüm kutupları birbirinden bağımsız olarak kontrol edilemez. Durum geribeslemeli kontrol durum değişkenlerinin sabit kazançlarla çarpımı şeklinde olan bir kontrol yöntemi olup yukarıda sözü geçen dezavantajların giderilmesinde bir çözüm olarak düşünülebilir. Durum geribeslemeli tasarımda karakteristik denklem kökleri doğrudan kontrol edildiğinden sabit yapılı denetleyicilere göre daha esnektir. Kararsız bir sistem bile kararlı hale getirilebilir. Bilgisayarla tasarım açısından da oldukça pratiktir. Geliştirme ve yenilemeye müsaittir. Az durum değişkenli sistemler için ekonomiktir. Durum geribeslemeli kontrolün dezavantajlı durumlarından bir tanesi tüm durumların ölçülmesi gereksinmesidir. Bunun mümkün olmaması durumunda alternatif olarak gözleyici tasarlanması da gerekecektir. İkincisi ise çok sayıda durum değişkenine sahip sistemler için her birinin algılayıcıyla ölçülmesi gerekmesidir. Bu durumda maliyetin artması anlamına gelir. Bu çalışmada uçuş kontrol sisteminde uçuş kalitesinin artırılması amacıyla durum geribeslemeli kontrol ile denetim gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla ayrı ayrı olarak durumlarının tamamı ölçülebilen uçak uzunlamasına ve yanlamasına hareket denklemleri kullanılmıştır. Durum geribesmeli kontrol ile kararlılık artırımı sağlanmıştır ve istenen durumlar/çıkışlar elde edilmiştir.

E. Kıyak / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 25 (-2) 49-425 (29) 425 KAYAKAR. Kuo B.C. Otomatik Kontrol Sistemleri iteratür Yayınları 22. 2. Yüksel İ. Otomatik Kontrol Sistem Dinamiği ve Denetim Sistemleri Uludağ Üniversitesi 2. 3. in C.A. Gundes A.. Multi-input Multi-output PI Controller Design Proceedings of the 39. IEEE Conference on Decision and Control Sydney Australia 2. 4. Ramirez H.S. Zribi M. Ahmad S. Dynamical Sliding Mode Control Approach for Vertical Flight Regulation in Helicopters IEE Proceedings of the Control Theory Applications 4 994. 5. ee C.H. Chung M.J. Gain-Scheduled State Feedback Control Design Technique for Flight Vehicles IEEE Transactions On Aerospace And Electronic Systems 37 2. 6. Yang G.H. um K.Y. Gain-Scheduled Flight Control via State Feedback Proceedings of the American Control Conference Denver Colorado 23. 7. egowo A. Okubo H. Robust Flight Control Design for a Turn Coordination System with Parameter Uncertainties American Journal of Applied Sciences 4 (7) 496-5 27. 8. Srinathkumar S. Eigenstructure Control: A Flight Vehicle Handling Qualities Design Tool Proceedings of the International Conference on Aerospace Science and Technology Bangalore India 28. 9. elson R.C. Flight Stability And Automatic Control McGraw-Hill 998.. Mclean D. Automatic Flight Control Systems Prentice-Hall 99.. Hajiyev C. Çalışkan F. Fault Diagnosis And Reconfiguration In Flight Control Systems Kluwer Academic Publishers United Kingdom 23. 2. http://slonder.tripod.com/kumanda/kumanda.htm