Güdümlü füzelerde bulanık kontrol
Fuzzy control in the guided missiles
- Tez No: 112240
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET KUZUCU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2001
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
GÜDÜMLÜ FÜZELERDE BULANIK KONTROL ÖZET Güdümlü füzeler, II. Dünya Savaşı sonrası sürekli yenilenen teknolojilere paralel bir gelişme göstermişlerdir. Günümüzde, büyük stratejik balistik tiplerinden nükleer başlıklı küçük füzelere kadar çok farklı tip ve ölçülerde bulunabilmektedirler. Güdüm ve kontrol sistemleri füze tipine ve hedef davranışına bağlı şekilde değişmektedir. Jiroskobik (inertial) sistemler manevrasız hedefler için kullanılırken, daha aktif sensörler bulunduran güdüm sistemleri manevralı hedeflere karşı kullanılmaktadır.Güdüm sistemlerinin amacı, füze doğrultusunu mümkün olduğu kadar izleyici ile hedef arasında bulunan görüş hattı (Line of Sight-LOS) üzerinde tutmaktır. Manevralı hedeflere karşı, hedef bölgesinin gerçek zamanda algılanması ve konumunda oluşan hızlı değişimlere hızlı yanıt gereksinimini karşılamak amacıyla modern güdümlü füzeler, hedef bilgilerini kendi üzerlerindeki sensörlerin sağladığı hedefi kendi bulan (homing) güdüm sistemlerini kullanırlar. Bu sistemlerde kullanılan en önemli yakalama yöntemleri: 1) Kuyruk İzleme 2) Oransal Seyir olmaktadır. Kuyruk İzleme yönteminde füze hız vektörü açısı, sürekli olarak LOS açısıyla) aynı tutularak güdüm gerçekleştirilir. Tez çalışmasında bu yöntem ilk aşamada Tarayıcılı ve İzleyicili olmak üzere iki bölümde incelenmiş olup, izleyicili alternatif esas alınmıştır. Bu yöntem anlatılırken öncelikle izleyici servomekanizmanın kontrolü incelenmiştir. İzleyici sistem, girişi belli bir hata değeri, çıkışı da servomotorun açısal konumu olan bir servomekanizmadır. Sistem girişi üzerinde mevcut olan gürültü, bozucu etki yaratarak sistem hassasiyetine zarar vermektedir. Kontrol organı girişi üzerinde doğrudan etkisi olan ve rastsal Gauss dağılımı ile modellenen gürültü, bu etkiyi filtre edecek bir kontrol gereksinimi ortaya çıkarmaktadır. Bu koşullar, sistem modelinin belirsiz ya da sistem modeli içinde bulanık koşulların bulunduğu durumlarda geleneksel kontrol türlerine göre daha iyi sonuçlar verdiği bilinen bulanık kontrol uygulamasına uygundur. İzleyici, güdüm sisteminin bir elemanı olduğundan onun girişinde oluşan gürültü tüm sistemi etkilemekte ve dolayısıyla güdüm sisteminin denetiminde de bulanık kontrol kullanımı daha uygun olmaktadır. Bulanıklaştırma, Kurallar Tabanı, Çıkartım Mekanizması ve Durulaştırma fazlarından oluşan bulanık kontrol organı, hata ve hatanın değişimi büyüklükleri belirlendikten sonra bulanık PD (Oransal+Türevsel) kontrol olarak öncelikle izleyici için tasarlanıp uygulanmış ve geleneksel PD kontrolla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde bulanık denetimin gürültü etkisini önemli ölçüde giderdiği ve bunabağlı olarak da izleyici servomekanizmanın açısal konumundaki salınımların azaldığı görülmüştür. Böylece, izleyicinin hedefi yakalaması için gerekli ön koşullar sağlanmış olmaktadır. Diğer bir önemli güdüm yöntemi Oransal Seyir Güdümü olarak adlandırılır. Bu yöntem, füze hız vektörü açısı değişiminin, görüş hattı (LOS) açısı değişimiyle orantılı olması esasına dayanır. En önde gelen Oransal Seyir yöntemleri Yalın Oransal Seyir (Pure Proportinal Navigation) ve Gerçek Oransal Seyir (True Proportional Navigation) Güdümüdür. Yalın oransal seyirde kumanda ivmesi füze hız vektörüne dik uygulanır, gerçek oransal seyirde ise söz konusu ivme görüş çizgisine dik olmaktadır. Oransal Seyir üzerine yapılan çalışmalar, bu güdüm yönteminin yüksek kazançlarda kararsız olabileceğini ortaya koymuştur. Bu tezde önerilen öngörmeli kuyruk izleme, her iki güdüm sisteminin sakıncalarım ortadan kaldırmaya yönelik olup, kararlı bir sistem içinde mümkün olan en kısa yakalama zamanım elde etmeyi amaçlar. Bu yöntem, tüze hız vektörünün, hedefin füzeden ölçülebilen parametrelerini kullanarak, tüzenin, hedefin o anki konumu yerine belirli bir zaman sonra öngörülen konuma yöneltilmesi ilkesine dayanır. Öngörmeli kuyruk izlemenin en önemli özelliği, öngörme zaman aralığına bağlı olarak kuyruk izleme ve oransal seyir yöntemlerinin davranış karakteristiğini gösterebilmesididir. Böylelikle kararlı bir sistemde en hızlı yakalama zamanını elde etmek mümkün olmaktadır. Bütün benzetim çalışmalarında, izleme yakalama yöntemlerinin geleneksel PD kontrol ve bulanık PD kontrol uygulamalarının karşılaştırılması yapılarak, bulanık kontrolün yakalama sistemi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu uygulamalar ilk aşamada, noktasal kütle modelinin esas alınıp zamanla değişen aerodinamik katsayıların ihmal edildiği basit füze modeli için gerçekleştirilmiş ve başarılı sonuçlar alınmıştır. İzleme Yakalama yöntemleri daha sonra, aerodinamik katsayıların değişimlerinin de dikkate alındığı 6. mertebeden gerçek bir füze dinamik modeli üzerinde incelenmiştir. Gerçek modelde de basit modelde olduğu gibi öngörmeli bulanık kontrolün hata üzerinde oluşan kontrol etkisini yakalama zamanında gecikmeye neden olmadan önemli miktarda giderdiği görülmüştür. Tez çalışmasında yapılan bir diğer uygulama, öngörmeli bulanık kontrol sonuçlarından hareketle, bu algoritmadan elde edilen kontrol davranışı temel alınarak bulanık kontrol modülünde çıkartım mekanizması ile durulaştırma fazlarının devreden çıkartılması ve benzer sonuçların daha basit bir kontrol yasasıyla elde edilip edilemeyeceğinin araştırılması olmuştur. Bu araştırmanın amacı, çıkartım ve durulaştırma fazlarında kullanılan mikroişlemcileri sistemden çıkararak mümkün olduğunca basit ve maliyeti düşük bir yöntemle izleme yakalama kontrolünü gerçekleştirmektir. Sonuç olarak, bulanık kontroldan yola çıkan üç kademeli bir kural temelli kontrol yasasıyla denetim gerçekleştirilerek, daha basit bir kontrolla istenen sonucun elde edilebileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
FUZZY CONTROL IN THE GUIDED MISSILES SUMMARY Guided missiles have been developed with the renewed technologies since after the World War II. Guided missiles vary widely in size and type, ranging from large strategic ballistic missiles to small, portable rockets. Guidance and Control Systems change with regard to the missile type and target maneuver. While the inertial systems are used to the nonmaneuvering targets, the systems which have more active sensors are needed to the maneuvering targets. Guidance systems attempt to align the missile trajectory on the line-of-sight (LOS) is between the tracker and the target. Modern guided missiles use the homing guidance system where target data is provided by on-board sensors to sense the target area in real time and also to response fast to rapid variations at the target position. The basic methods in homing systems are: 1) Tail Pursuit 2) Proportional Navigation Tail Pursuit guides the missile to the target directly. In this method, missile velocity angle is always equal to the LOS angle. This method is presented in two types which are the tail pursuit with seeker and the tail pursuit with tracker. The tracker is a servomechanism which has a noise effect at the input. The noise also affects the controller input and damages the system sensibility. So, it is required that the control system can reject the noise effect which is modeled as a Gaussian random variable. Fuzzy control is used to filter the noise effect. Since the tracker is part of the homing system, the noise disturbs the guidance. Therefore the fuzzy control is also applied to the guidance system. Fuzzy control consists of four phases. These are Fuzzification, Rule Base, Inference Mechanism and Defuzzification. At first, fuzzy control is applied to the tracker in Fuzzy PD form, then compared to the conventional PD Control. The other basic method is called Proportional Navigation Guidance (PNG). In this method, the missile velocity angle is proportional to the change of LOS angle. PNG is based on the response tendency of the missile to the LOS rotation and it has different versions. True PNG and Pure PNG are used rather than the others. The command acceleration is vertical to the missile velocity vector in PPNG and is vertical to the LOS in TPNG applications.The Predictive Tail Pursuit which is suggested in this study guides the missile to the predicted position of the target instead of its current position. This method predicts the target velocity and target angle by using the measurable parameters of the target. Some studies have shown that the Proportional Navigation may be unstable due to the navigation constant. Predictive Tail Pursuit is offered to achieve the stable guidance with no time delay at the interception. Firstly the guidance methods are applied to the simplified missile - target model with constant aerodynamic coefficients and successful results are obtained. Predictive fuzzy PD control rejected the noise effect with no time delay. But, to reject the noise effect in conventional PD, the proportional control coefficient must be decreasad which causes time delay at the interception. Then the guidance methods which are explained above applied to the realistic missile model has taken into consideration the variations of the aerodynamic coefficients. The simulation results show that predictive fuzzy control rejects the noise effect with good guidance performance. Also, the other guidance methods gave good results. Finally, how to get a simplified control law based on the predictive fuzzy control results has been investigated. The objective of this study is to obtain the low cost control law by eliminating the microprocessors of the inference mechanism and defuzzification phases in fuzzy control. The results of the simulations show that the simplified three level rule based control can be implemented.
Benzer Tezler
- Taktik füzelerde orantısal güdümün bulanık mantık yöntemiyle optimizasyonu
Optimization of proportional guidance in tactical missiles with fuzzy logic method
OĞUZ ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMilli Savunma ÜniversitesiAskeri Elektronik Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEMİH ÖZDEN
- Fuzzy logic guidance system design for guided missiles
Güdümlü füzeler için bulanık mantık güdüm sistemi tasarımı
ÖZGÜR VURAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL ÖZGÖREN
DR. OSMAN MERTTOPÇUOĞLU
- Model predictive control for unmanned aerial vehicle
İnsansız hava aracının model tabanlı öngörülü kontrolü
HALİT FIRAT ERDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYHAN KURAL
- Zırhlı araçlar için gimbal aktif koruma sistemi tasarımı ve kontrolü
Design and control of gimbal active protection system for armoured vehicles
EFE FAZLIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERDİL
- Optimal trajectory tracking guidance of an aircraft with final velocity constraint
Bir hava aracının son hız vektörü koşullu optimal-yörünge takibi güdümü
DENİZ ERDOĞMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KEMAL LEBLEBİCİOĞLU