30. HAZERFAN İHA nın UZUNLAMASINA HAREKET DİNAMİĞİ ve KONTROLÜ. Özet

Benzer belgeler
OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

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

Tanım: Kök yer eğrisi sistem parametrelerinin değişimi ile sistemin kapalı döngü köklerinin s düzlemindeki yerini gösteren grafiktir.

G( q ) yer çekimi matrisi;

Dikey İniş Kalkış Yapabilen Sabit Kanatlı İnsansız Hava Aracı Çalışmaları

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

İKİ SERBESTLİK DERECELİ BİR SİMÜLATÖR PLATFORMUNUN KİNEMATİK VE KİNETİK ANALİZİ

KON 314 KONTROL SİSTEM TASARIMI

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

Otomatik Kontrol (Doğrusal sistemlerde Kararlılık Kriterleri) - Ders sorumlusu: Doç.Dr.HilmiKuşçu

Otomatik Kontrol (Doğrusal sistemlerde Kararlılık Kriterleri) - Ders sorumlusu: Doç.Dr.HilmiKuşçu

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

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

DENEY.3 - DC MOTOR KONUM-HIZ KONTROLÜ

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ DENETİM SİSTEMLERİ LABORATUVARI. Deney No:2 Birinci-İkinci Dereceden Denklemler Açık-Kapalı Çevrim Sistemler

MAK669 LINEER ROBUST KONTROL

1. DENEY ADI: Rezonans Deneyi. analitik olarak bulmak denir. Serbestlik Derecesi: Genlik: Periyot: Frekans: Harmonik Hareket:

Elektrik - Elektronik Fakültesi

Sayısal Kontrol - HAVA HARP OKULU Bölüm 4 Sayısal Kontrolör Tasarımı

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

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

Mat-Lab ile Kök Yer Eğrileri

3. V, R 3 ün açık bir altkümesi olmak üzere, c R. p noktasında yüzeye dik olduğunu gösteriniz.(10

25. KARARLILIK KAPALI ÇEVRİM SİSTEMLERİNİN KARARLILIK İNCELENMESİ

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

MEKATRONİK VE KONTROL LABORATUARI DENEY FÖYÜ

Kontrol Sistemlerinin Tasarımı

Kontrol Sistemleri (EE 326) Ders Detayları


Sayısal Filtre Tasarımı

ELKE315-ELKH315 Introduction to Control Systems FINAL January 2, 2016 Time required: 1.5 Hours

SAYISAL KONTROL 2 PROJESİ

Kontrol Sistemlerinin Tasarımı

BÖLÜM-9 SİSTEM HASSASİYETİ

ZENİ. : Yrd.Doç.Dr. Meral Bayraktar. : :

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü ELE 301 Kontrol Sistemleri I.

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

MATLAB a GİRİŞ. Doç. Dr. Mehmet İTİK. Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

EEM 452 Sayısal Kontrol Sistemleri /

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

Bölüm-4. İki Boyutta Hareket

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

Kontrol Sistemlerinin Analizi

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

Sinyal Analizi ve Kontrol (AEE303) Ders Detayları

ENİNE DEMET DİNAMİĞİ. Prof. Dr. Abbas Kenan Çiftçi. Ankara Üniversitesi

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

MAT355 Kompleks Fonksiyonlar Teorisi I Hafta 2. yapılırsa bu durumda θ ya z nin esas argümenti denir ve Argz ile gösterilir. argz = Argz + 2nπ, n Z

S4 u(x, y) = ln ( sin y. S5 u(x, y) = 2α 2 sec(α(x 4α 2 t)) fonksiyonunun

Aralıklar, Eşitsizlikler, Mutlak Değer

Bölüm 9 KÖK-YER EĞRİLERİ YÖNTEMİ

1. STATİĞE GİRİŞ 1.1 TANIMLAR MEKANİK RİJİT CİSİMLER MEKANİĞİ ŞEKİL DEĞİŞTİREN CİSİMLER AKIŞKANLAR MEKANİĞİ DİNAMİK STATİK

1 Lineer Diferansiyel Denklem Sistemleri

Gravite alanı belirlemede modern yaklaşımlar

BÖLÜM 1 1- KOMPLEKS (KARMAŞIK) SAYILAR 1-1 KARMAŞIK SAYILAR VE ÖZELLİKLERİ

İstanbul Teknik Üniversitesi Elektrik Elektronik Fakültesi

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. Dinamik sistemlerin Kontrolü ve Modellemesi MK-413 4/Güz (3+0+0) 3 5

Doç.Dr. Cesim ATAŞ MEKANİK ŞEKİL DEĞİŞTİREN CİSİMLER MEKANİĞİ DİNAMİK

MATEMATİK ÖĞRETMENLİK ALAN BİLGİSİ - DENEME SINAVI DENEME. Diğer sayfaya geçiniz.

TEMEL MEKANİK 5. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

Sistem Dinamiği ve Kontrolü Bütünleme 26 Ocak 2017 Süre: 1.45 Saat. Adı ve Soyadı : İmzası : Öğrenci Numarası :

Ders Adı Kodu Yarıyılı T+U Saati Ulusal Kredisi AKTS. Process Control EEE

0.1 Katı Cismin Üç Boyutlu Hareketinin Kinetiği

Devre Teorisi Ders Notu Dr. Nurettin ACIR ve Dr. Engin Cemal MENGÜÇ

MUKAVEMET I ÇÖZÜMLÜ ÖRNEKLER

Döner Kanat İnsansız Hava Aracının Dinamik Modellenmesi ve Benzetimi

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi

(m+2) +5<0. 7/m+3 + EŞİTSİZLİKLER A. TANIM

MAK669 LINEER ROBUST KONTROL

1995 ÖYS. a+ =3a a= Cevap:D. Çözüm: Çözüm: Çözüm:

HİPPARCOS KATALOĞUNDAKİ ALGOL YILDIZLARININ KİNEMATİĞİ. T. Özdemir *, A. İskender * * İnönü Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü

( ) ( ) ÖABT Analitik Geometri KONU TESTİ Noktanın Analitik İncelemesi. Cevap D. Cevap C. noktası y ekseni üzerinde ise, a + 4 = 0 A 0, 5 = 1+

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

Otomatik Kontrol. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemin Genel Gereklilikleri

KANAT PROFİLİ ETRAFINDAKİ SIKIŞTIRILAMAZ AKIŞ

MADDESEL NOKTALARIN DİNAMİĞİ

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

DERSİN ADI: MATEMATİK II MAT II (12) KUTUPSAL KOORDİNATLAR VE UYGULAMALARI 1. KUTUPSAL KOORDİNATLAR 2. EĞRİ ÇİZİMLERİ

DİŞLİ ÇARKLAR IV: KONİK DİŞLİ ÇARKLAR

1 Top Dengeleyen Mekanizma Bileşenleri

ITAP Fizik Olimpiyat Okulu 2011 Seçme Sınavı

Cebir Notları. Trigonometri TEST I. 37π 'ün esas ölçüsü kaçtır? Gökhan DEMĐR,

DİŞLİ ÇARKLAR IV: KONİK DİŞLİ ÇARKLAR

Deney 5 : Ayrık Filtre Tasarımı. Prof. Dr. Aydın Akan Bahattin Karakaya Umut Gündoğdu Yeşim Hekim Tanç

İKİ BOYUTLU ÇUBUK SİSTEMLER İÇİN YAPI ANALİZ PROGRAM YAZMA SİSTEMATİĞİ

Bölüm: Matlab e Giriş.

Bilgisayar Grafikleri

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

Şekil 1. Geri beslemeli yükselteçlerin genel yapısı

DİŞLİ ÇARKLAR IV: KONİK DİŞLİ ÇARKLAR

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

Sayısal Sinyal İşleme (EE 306 ) Ders Detayları

A COMMUTATIVE MULTIPLICATION OF DUAL NUMBER TRIPLETS

Bölüm 4: İki Boyutta Hareket

Matematikte karşılaştığınız güçlükler için endişe etmeyin. Emin olun benim karşılaştıklarım sizinkilerden daha büyüktür.

Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır ise, cisim ya durur, ya da bir doğru boyunca sabit hızla hareketine devam eder.

Transkript:

3. HAZERAN İHA nın UZUNLAMASINA HAREKET DİNAMİĞİ ve KONTROLÜ Özet Gelişen havacılık teknolojisiyle birlikte gelişimini sürdüren İHAları son zamanlarda üzerinde araştırmalar ve yatırımlar yapılan öncelikli konulardan biri olmuştur.hava araçlarında insan faktörünü azaltmak ve kontrolü bilgisayar sistemlerinden sağlamak insansız havacılığın öncelikli amacıdır.bu çalışmada, Hazerfan İHA nın uzunlamasına hareket denklemleri çıkartılmış ve kararlılığı incelenmiştir.kararlılık incelenmesiyle, kontrolör olarak neye ihtiyaç duyduğu tesbit edilmiş, PID ve diğer kontrolörler, köklerin yer eğrisi yöntemi ile tasarlanmış,ve sistemin zaman cevapları Matlab kullanılarak analiz edilmiştir. GİRİŞ Bu çalışmanın amacı, Hazerfan İHA nın bir otopilot ile yerden kumanda edilmeden çeşitli görevleri yerine getirmesini sağlayabilmektir. Bu çalışma kapsamında, Hazerfan insansız uçağının uzunlamasına hareket denklemleri çıkartılmış, öncesinde lineer olmayan sistem yüksekliğin 5 m ve ilerlemesine hızın m/s olduğu uçuş şartı için lineerleştirilmiş, daha sonra uzunlamasına harekete elevatörün etkisi incelenmiştir. Kararlılık analizi yapılmış ve PID ve diğer kontrolörler tasarlanmıştır. Tasarım aşamasında, sistem kontrol edilmesi zor, kararsız bir yapıya sahip olduğu için kararlılığın sağlanması öncelikli kriteri oluşturmaktadır. Kontrolör tasarımında, sol yarı düzlemde sıfır- kutup silme, filtre tasarım yöntemleri uygulanmış ve çoğunlukla pratikte kullanılan gerçek PID denilen transfer fonksiyonuda pay ve paydanın derecesi eşit olan kontrölör yapısı kullanılmıştır. Sistem zaman cevapları analiz edilmiştir. UZUNLAMASINA HAREKET DENKLEMLERİ Bilindiği üzere, uçak üzerindeki oluşan tüm kuvvet ve moment denklemleri dünya eksen takımında aşağıdaki gibi ifade edilmektedir [].. m( U+ QW RV) = + + Gx Ax Tx. m( V + RU PW ) = + +. Gy Ay Ty m( W + PV QU ) = mg cosφcosθ + + + G A T : Yerçekimi kuvveti : Areodinamik kuvvet :İtki Kuvveti Gz Az Tz () Gövde Eksen takımında matris formda yazacak olursak eğer,

x sinθ cosα sinα cos β D cosφt Tx y mg sinφcosθ sin β T = + + y z cos φcosθ sin α cosα cos β L sinφt cosφ T T z () Moment denklemleri ise, L Ixx Ixy I xz P& R Q Ixx Ixy I xz P M = Ixy Iyy Iyz Q& R P Ixy Iyy I yz Q + (3) N Ixz Iyz I zz R& Q P Ixz Iyz I zz R L IxxP& + IxzR& + QR( Izz Iyy) + PQI xz M = IyyQ& + PR( Ixx Izz ) + ( R P ) Ixz (4) N IzzR& + IxzP& + PQ( Iyy Ixx) QRI xz olmaktadır. Doğrusallaştırma için, denge durumu civarında küçük bozuntular varsayımı uygulandığında, ilerlemesine lineerleştirilmiş hareket denklemleri aşağıdaki gibi olmaktadır []. mu (& Vr Rv + Wq + Qw ) = mgθ cosθ + f Ax (5) I q& + ( I I )( Pr + R p) + I (Pp Rr) = m (6) yy xx zz xz A & φ φ (7) m( w Uq Qu + Vp + Pv ) = mgθ cos sinθ mgφsin cosθ + f Az X X X Δ X = u w δe u w δe Δ Z Z Z Z Z Z = u+ w+ w+ q+ δ e u w w& q δe Δ M M M M Z M = u+ w+ w+ q+ δ e u w w& q δe Bu denklemeri durun değişkenleri uzayında yazarsak, x& = Ax + Bu : Xu X X q w w gcosθ m m m Zu Z Z w q + u gcosφsinθ A = m m m M M u Mw q Iyy Iyy I yy + + (8) cosφ & (9) & () () X Z M δe δe δe B = m m Iy T, X [ u w Q θ ] T =, u = [ δ e ] olmaktadır. UZUNLAMASINA UÇUŞ DİNAMİĞİNİN ANALİZİ Hazerfan İHAnın verileri [] hesaplanmıştır. Bu veriler, modelimizde yerine konulup, trim şartında incelendiğinde, sisteme ait A ve B matrisleri aşağıdaki gibi olmaktadır.

-.34.6-8.735 -.67 -.7654-7.9-4.4647-8.68 A = B= -4.468-7.986-36.37 () Transfer fonksiyonlar elde edilirse, U(s) -.6 (s-3.5) (s +35.5s+) = ve (3) δ () s (s+.336) (s-.43) (s +7.35s+9.36) e qs ( ) s(s+6.46) (s+.453) = δ () s (s+.336) (s-.43) (s + 7.37s + 9.36) e (4) olmaktadır. Sistem tamamiyle kontrol edilebilir ve gözlenebilir olduğu için, sisteme ait transfer fonksiyonlarında mod kaybı söz konusu olmamaktadır. Böylelikle, gerçek sistemin özellikleri bu transfer fonksiyonları ile tam olarak ortaya konulmaktadır [3]. Eğer açık çevrim karakteristik denklemini analiz edecek olursak, bir çift kompleks eşlenik kökü, bir adet negatif gerçek kök ve sistemi kararsız kılan bir adet pozitif gerçek kök bulunduğu görülecektir[]. Δ (s)=(s+.336) (s-.43) (s +7.37s+9.36) = (5) s = -.336 kararlı mod s =.43 kararsız mode s3,4 = -3.6635 ± 8.8847i kısa period mod s3,4 için ωn = 9.6 rad / s ξ =.38 kısa period osilasyonu T=.738 s Sistem aşırı derecede kararsız olduğu için, kararlı ve iyi performas gösteren bir sistem cevabı elde etmek en önemli problemdir. Uzunlamasına hareket kontrolünde ilerlemesine hız ve yunuslama açı oranı kontrolünü gerçekleştirmek yeterli olacaktır. Bu yüzden ilerlemesine hız kontrolü ve yunuslama açısı oranı için kontrörler tasarlanmıştır. KONTROLÖR TASARIMI İlerlemesine hız kontrolü Eğer ilerlemesine hız kontrolü için transfer fonksiyonunu U(s) inceleyecek olursak; (3) için negatif geri besleme yapabilmek için sistemin δ () s e fazının çevrilmesi gerekecektir. Sistemin fazı 8 o çevrildikten sonra kontrolör tasarımı yapılacaktır.kontrolör, kompleks kutup ve sıfırlar notch filtresi ile yüksek frekanslar için kararsız bölgeye geçmesi engellenmiş, kararlı kutup olan s=-.336 silinmiş, s=5 e

C(s)= kararsız olan bir sıfır atayarak,kontrolör (s +7.35s+9.36) (s+.336)(s-5) (s +35.5s+) (s+75) (6) olarak tasarlanmış, kök eğrisinin kollarının sol yarı s düzlemine geçmesi sağlanmıştır. Kontrol edilen sistemin birim basamak girişi için kapalı çevrim cevabı ve çeşitli kazanç değerleri için sürekli hal, yerleşme zamanı ve aşım değerleri Tablo- verilmiştir. Tablo- İlerlemesine hız kontrolü ile sistemin birim basamak girişi için çeşitli kazanç değerleri ile kapalı cevrim cevapları Kp Sürekli hal Yerleşme zamanı % Aşım 3.44.998s 8.4 3.5.35.78s 65. 4.3 4.6s 4 3 Step Response 4 Root locus plot u(s)/del e (s) Amplitude.5.5.5 K=3.5 K=4 K=3 3 - - -.5-3 - 3 4 5 6 Time (sec) Şekil : Birim basamak giriş için çeşitli kazanç değerlerinde sistem cevapları -4-4 -3 - - Şekil:Sistemin kök eğrisi Kök eğrisi grafiklerinden de görüldüğü üzere, sistemin kök eğrisinin sağ yarı düzlemde bulunan kolları, kontrolör sayesinde sol yarı düzleme geçirilmiş ve belirli kazanç aralığı için sistem cevabı istenen sınırlar arasında kalabilmektedir.

3 Root locus plot G(s)/del e (s) - - -3-8 -7-6 -5-4 -3 - - Şekil3: Kontrollörlü sistemin kök eğrisi Yunuslama açı oranı kontrolü qs () İlerlemesine hız kontrolünde olduğu gibi, e () (4) transfer fonksiyonunda, negatif geri δ s besleme yapabilmek için sistemin fazının8 o çevrilmesi gerekecektir. Bu sistem için klasik PID kabul edilebilir cevaplar için yeterli olmamaktadır, bu yüzden daha gerçekçi bir PID yapısı kullanılmıştır. Bu PID ile, referans girişlerindeki süreksizlik, kontrolöre giden hata fonksiyonuda sıçramaları, süreksizliği ve büyük işaret sinyalleri engellenmiş olacaktır.gerçekçi PID bu sinyalleri bastıracaktır [3]. Root locus plot -q(s)/del e (s) G(s) 8 5 6 4-5 -5-4 -6 - -8-5 - - -5 - -5 5 - -35-3 -5 - -5 - -5 5 Şekil:Sistemin kök eğrisi Şekil5: Kontrollörlü sistemin kök eğrisi (s+5.8)(s+) Kullanılan kontrolörde Cs () = (7) ayrıca, diğer kutup ve sıfırların yerleri, s(s+.) sistemin baskın kutuplarını istenen bölgeye çekecek şekilde seçilmiştir. Bu kontrolör ile sistemin birim basamak girişi için kapalı çevrim cevabı ve çeşitli kazanç değerleri için yerleşme zamanı ve aşım değerleri Tablo- de verilmiştir. Kök eğrisi grafiklerinden görüldüğü üzere kararsız bölgedeki kolların kararlı bölgeye geçmesi sağlanmıştır.

.4. Step response Pitch Damper K=.5 K= K= K=4 Amplitude.8.6.4..5..5..5.3.35.4.45.5 Time (sec) Şekil6: Birim basamak giriş için çeşitli kazanç değerlerinde sistem cevapları Tablo- Yunuslama açı oranı kontrolü ile sistemin birim basamak girişi için çeşitli kazanç değerleri için yerleşme zamanı ve aşım değerleri Kp Yerleşme % Aşım Zamanı.5.3.899 6.55.557 3.94 4.6. Bu çalışma İTÜ UUB BAP projesi (Proje yürütücüsü Prof. Dr. Elbrus Caferov) kapsamında yapılmıştır. Bu proje sayesinde Hazerfan İHanın uzunlamasına hareketi incelenmiş ve zor olan uçuş şartı için kontrolü sağlanmıştır.bu çalışmadan yola çıkarak, elde ettiğimiz modeli ve kontrolü mikro işlemciye yazılımı yapılarak, uçak üzerinde monte edilip daha sonra da elle ya da radyo ile kumandaya gerek kalmadan istediğimiz şekilde uçurabilmek mümkün olacaktır.uçağın zarar görmemesi için öncelikle simulasyon sonuçlarına ihtiyacımız olacaktır, bu çalışma sayesinde ön çalışmayı tamamlamış olmaktayız. KAYNAKLAR [] Tekin, R.Equations of Motion of Hazerfan UAV and Autopilot Design, İTU Kontrol Müh. Lisans Tezi, EE,say. 4, 6 [] Yechout, T. Introduction to Aircraft light Mechanics, American Institute of Aeronautics and Astronautics Publishing 3 [3] Ogata, K. Modern Control Engineering New Jersey Prentice Hall Publishing [4] Chen,C. Analog and Digital Control System Control Design. China Saunders College Publishing 993