Bozucu etkiler altında modellenen bir helikopter için doğrusal karesel regülatör–integral kontrol yapısının tasarımı
Linear quadratic regulator–integral control structure design for a helicopter model under disturbance effects
- Tez No: 1024400
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LEVENT UCUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechatronics Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde, dinamik davranışları karmaşık olan sistemlerinin kararlı ve güvenilir bir şekilde kontrol edilmesi önem ifade etmektedir. Özellikle doğrusal olmayan, çok değişkenli ve bozucu etkilere açık sistemlerde kontrol performansının artırılması, temel araştırma problemlerinden biridir. Bu kapsamda helikopter sistemleri, dinamik yapıları, kuvvetli bağlaşım özellikleri ve yüksek derecede doğrusal olmayan davranışları nedeniyle kontrolü güç sistemler arasında yer almaktadır. Bu tez çalışmasında, bozucu etkiler altındaki bir helikopter sisteminin model tabanlı modelleme yaklaşımıyla matematiksel modelinin elde edilmesi ve bu model için bir kontrol yapısının tasarlanması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, helikopterin alt bileşenleri ayrı ayrı modellenmiş; aerodinamik kuvvet ve momentler, rotor iç akış dinamikleri, katı cisim hareketleri ve sistem bileşenleri arasındaki etkileşimler dikkate alınarak bütünleşik bir dinamik model oluşturulmuştur. Elde edilen doğrusal olmayan sistem modeli, belirli bir çalışma noktası etrafında doğrusallaştırılmıştır. Doğrusallaştırılmış model üzerinde, sistem performansını optimize etmek ve kontrol girdisi ile sistem tepkisi arasında dengeli bir ilişki kurmak amacıyla Doğrusal Karesel Regülatör (DKR) kontrolcü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte, klasik DKR yaklaşımının özellikle sabit referans girişleri altında ortaya çıkan kalıcı durum hatasını tamamen ortadan kaldıramadığı bilinmektedir. Bu sınırlılığın giderilmesi amacıyla kontrol yapısına integral etki eklenmiş ve kalıcı durum hatasının sıfıra indirgenmesi hedeflenmiştir. Tasarlanan kontrol yapıları, ani rüzgar gibi dış bozucu etkilerin modele dahil edildiği farklı çalışma koşulları altında benzetim ortamında test edilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Yapılan benzetim çalışmaları sonucunda, integral etkili DKR kontrol yapısının klasik DKR yöntemine kıyasla daha yüksek izleme performansı sağladığı ve bozucu etkilere karşı daha dayanıklı bir sistem davranışı sunduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca önerilen kontrol yaklaşımının, daha karmaşık kontrol yöntemlerine kıyasla daha düşük hesaplama maliyetine sahip olması ve uygulama açısından daha sade bir yapı sunması önemli bir avantaj olarak değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında geliştirilen model tabanlı kontrol yaklaşımının, helikopter sistemlerinin kontrolünde etkin, uygulanabilir ve mühendislik açısından tercih edilebilir bir yöntem olduğu ortaya konulmuştur.
Özet (Çeviri)
Today, the stable and reliable control of engineering systems with complex dynamic behavior is of paramount importance. Improving control performance, particularly in nonlinear, multivariable, and disturbed systems, is a fundamental research problem. In this context, helicopter systems are among the most difficult systems to control due to their dynamic structure, strong coupling characteristics, and highly nonlinear behavior. This thesis aims to obtain a mathematical model of a helicopter system under disturbing influences using a model-based modeling approach and to design a control structure for this model. To this end, the helicopter's subcomponents were modeled individually; an integrated dynamic model was created considering aerodynamic forces and moments, rotor internal flow dynamics, rigid body motions, and interactions between system components. The resulting nonlinear system model was linearized around a equilibrium operating point. A Linear Quadratic Regulator (LQR) controller design was implemented on the linearized model to optimize system performance and establish a balanced relationship between control input and system response. However, it is known that the classical LQR approach cannot completely eliminate steady-state error, especially under fixed reference inputs. To overcome this limitation, an integral effect was added to the control structure, aiming to reduce the steady-state error to zero. The designed control structures were tested in a simulation environment under different operating conditions where external disturbances such as wind gusts were included in the model, and the results obtained were analyzed comparatively. As a result of the simulation studies, it was observed that the integral effect LQR control structure provided higher tracking performance and offered a more robust system behavior against disturbances compared to the classical LQR method. In addition, the fact that the proposed control approach has a lower computational cost and a simpler structure in terms of application compared to more complex control methods was considered an important advantage. In conclusion, it has been shown that the model-based control approach developed in this thesis is an effective, applicable, and engineering-preferable method in the control of helicopter systems.
Benzer Tezler
- Yüksek hızlı trenin rüzgâr ve esnek zemin etkisi altındaki titreşimlerinin yapay zekâ algoritmaları ile aktif kontrolü
Active control of high speed train vibrations under wind and flexible foundation using artificial intelligence algorithms
MUSTAFA EROĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP KOZAN
- NONLINEAR LATERAL MODELING AND NDI-BASED YAW CONTROL OF A SUPERCAVITATING UNDERWATER VEHICLE
BİR SÜPERKAVİTE SU ALTI ARACININ DOĞRUSAL OLMAYAN YANAL DİNAMİK MODELLEMESİ VE DİNAMİK TERSLEME TABANLI SAPMA KONTROLÜ
AHMET HAKAN ALBAYRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. BAHA ZAFER
- Performance analysis of relay aided terahertz systems
Röle destekli terahertz haberleşme sistemlerinin performans analizi
BENGÜ BİLGİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEMİHA TEDİK BAŞARAN
- DC–DC boost dönüştürücülerde yük akımı kestirimi için yeni bir model geliştirilmesi ve optimizasyon tabanlı kalman gözlemleyici tasarımı
A novel model development and optimization-based kalman observer design for load current estimation in DC-DC boost converters
SAMET ALTUN
Doktora
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ALTUN
- Sabit kanatlı insansız hava araçları için ivme geribeslemeli kontrolcü tasarımı ve yeni bir açısal ivme kestirim yöntemi
Acceleration feedback controller design for fixed-wing uavs and a novel angular acceleration estimation method
SERKAN ÜNSAL
Doktora
Türkçe
2022
Uçak MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN