Comparative study of automatic landing design under wind conditions
Rüzgar koşulları altında otomatik iniş tasarımının karşılaştırmalı çalışması
- Tez No: 559883
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZIM KEMAL ÜRE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Bir çok yolcu uçağı sahip oldukları yüksek statik dengeye ve yeterli manevra kabiliyetine sahiptir. Bu uçaklar havacılık endüstrisinde için iyi özelliklere sahip olsalar da, özellikle rüzgar değişimi ve tübrülansın artması durumlarda iniş performansları otomatik bir iniş sistemi yardımı ile geliştirilmelidir. Otomatik iniş performansı ile bağlantılı olarak, tecrübeli pilotlar için bile rüzgar koşulları altında otomatik iniş kararının verilmesi zor hale gelmektedir. Amerika'da bulunan ve ulaşım kazalarını araştıran bağımsız bir kuruluşun 2005 yılında yayınladığı raporda 2003 ve 2004 yılları arasında meydana gelen 72 adet uçak kazasının 25'inin uçuşun iniş aşamasında gerçekleştiği tespit edilmiştir. Uçuşun iniş fazını daha güvenli hale getirmenin birçok yolu araştırılsa da en çok üzerinde durulan konulardan biri de pilotun iş yükünün azaltılmasıdır. Bu çalışmada rüzgar koşulları altında pilota iniş kararında destek olabilecek bir iniş haritası çıkarılmıştır. Bu amaçla, yolcu uçağının iniş sistemi için PID ve LQR kontrolcülerini içeren iki farklı kontrolcü tasarımı kullanılmış ve çeşitli rüzgar koşulları altında iniş performansları kıyaslanmıştır. Uçak için doğrusal olmayan üç serbestlik dereceli hareket denklemleri çıkarılmış ve kontrol sisteminin karakterizasyonu için ilgili deneysel ve aerodinamik veriler toplanmıştır. Aynı zamanda kontrol sistemine girdilerin yanıtını almak için gerekli olan ve uçağın matematiksel modeline dayanan ilgili hareket denklemleri çalışılmıştır. Bu doğrusal olmayan matematiksel model için genel olarak gerekli olan kinematik, navigasyon, aerodinamik kuvvetler ve moment denklemleri elde edilmiş, daha sonra otonom iniş kontrolörü tasarlamak için doğrusallaştırılmıştır. PID kontrolör ile boylamasına yönlerde etki eden rüzgar altında iniş için analiz yapılmıştır. Kök yer eğrisi analizi ve Bode diyagramları yardımıyla hesaplanan transfer fonksiyonlarını kullanarak, stabilite artırma ve kontrol artırma sistemleri üzerine kontrolcü oluşturulmutur. Uzunlamasına yönde, hız değişimi ve süzülme yolundan sapma referans giriş alınarak, irtifa dümeni ve itki kumandası için kontrolcü tasarlanmıştır. Literatür ve Matlab araç kutusu kullanılarak, yolcu uçağı modeline etki eden rüzgar altında iniş için LQR optimal kontrolcü tasarımı kullanılmıştır. PID kontrolcü tasarımında bozukluklar ve sapmalar varsa, sistemin kararsızlığından dolayı performans düşmeleri olabilir bu nedenle tasarımcı bu problemleri çözümlemekte daha fazla zaman harcar. Kontrolcü eğim açısı ve yükseklik değişkenine göre irtifa dümeni ve itki kumandası değerlerini üretir. Her iki kontrolcü için uçak 1000 ft irtifada düz uçuşta olduğu sırada uçuşun iniş fazı başlamaktadır. Uçak 250 ft/s sabit hızla iniş ve -2.5 derece uçuş yolu açısı için ayarlanmıştır. Uçak modeli literatürde yer alan standart atmosfer model ile birlikte kurulmuştur. Yükseklik değiştikçe atmosfer koşulları değişmekte, bu durumda uçağın hız ve açı değerlerinin dğeişmesine sebep olmaktadır. Modelin 4 adet kontrolcü girişi bulunmaktadır. Bunlar uçağı iniş için tetikleyen iniş girişi, uçağının stabilitesinin optimum olduğunu gösteren ağırlık merkezi girişi, itki kontrol girişi ve irtifa dümeni girişidir. Rüzgar modeli türbülans ve rüzgar değişimi olmak üzere iki tip rüzgar içermektedir. Rüzgar modelini oluşturan parametrelerin belirli sınırlar içerisinde rastgele değiştirilmesiyle 50 farklı rüzgar hızı elde edildi ve otomatik kontolcülere uygulandı. Rüzgar koşulları altında LQR ve PID kontrolcülerin iniş performansları Matlab ve Simulink programlarında simüle edildi ve sonuçlar hız, süzülme yolundan sapma, irtifa, hücum açısı, yunuslama açısı ve yunuslama oranı grafikleri ile karşılaştırıldı. Bu analizlerden sonra, karşılaştırmayı daha iyi yapabilmek ve pilota otomatik iniş sistemini kullanma kararında destek olabilmek için iniş haritası tasarlandı ve her iki kontrolcünün elli farklı rüzgar hızı için iniş performansları simüle edildi. Sonuçlar, iniş haritasına çıkarıldı ve LQR tipi kontrolcünün PID tipi kontrolcüden daha fazla sayıda başarılı iniş yaptığı gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Most of the transport aircraft have satisfied maneuveribility and improved stability capabilities. Even though these aircraft have such good quailities for aviation industry, their landing performance especially under wind shear and wind turbulence should be improved with the help of an automatic landing systems. In connection with autolanding performance, automatic landing decision, under wind conditions, becomes more important for even experienced pilots. In this study two different controller designs for automatic landing of transport aircraft are implemented including both Proportional Integral Derivative (PID) and Linear Quadratic Regulator (LQR) controller and compared according to their landing performance under several wind conditions. Nonlinear equations of motion in three degree of freedom are evaluated for the aircraft and in order to characterize the control system, related experimental data and aerodynamic data are collected. Firstly, related equations of motion based on the mathematical model of the aircraft are studied which are also sufficient to get the response to the inputs to control system. Equations of kinematics, navigation, aerodynamic forces and moments are obtained in general for this nonlinear mathematical model, then in order to design autonomous landing controller the model is trimmed and linearized. As a classical controller longitudinal direction of PID controller is analyzed for landing phase under several wind distubance. The controller is build on stability augmentation and control augmentation systems by using required transfer functions that are calculated with the help of root locus analysis and bode diagrams. In longitudinal direction, controller is designed for elevator and throttle deflections by taking velocity and glide path deviations as reference inputs. LQR optimal controller design is used over transport aircraft model for landing phase under wind disturbances by using literature and MATLAB toolbox. Since, if there are disturbances and inaccuracies in classical control design, then robustness of performance becomes more important due to unstable system behaviour and designer might make more effort in order to fix those problems compared with build up process. The controller produces elevator and throttle deflections according to pitch angle and altitude variables in longitudinal direction. Under several wind conditions, landing performance of both LQR and PID controllers are simulated in Simulink and Matlab programs and results are compared by illustrating graphics of true air speed, glide path deviation, altitude, angle of attack, pitch angle and pitch attitude. After these analysis, for a better comparision and to support pilot for automatic landing decision, a landing map is designed and both controller's landing performances are simulated for fifty different wind velocities. Results are extracted to the landing map and it is observed that LQR's has more numbers of successful landing then PID.
Benzer Tezler
- Osmanlı Para Sisteminin Teorik Temelleri
Theoretical Principles of the Ottoman Monetary System
OĞUZ BAL
- A user based comparative study of automatic text summarization
Otomatik metin özetlemede kullanıcı tabanlı karşılaştırma çalışması
NAJMA ABDI OMAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKocaeli ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVCİHAN DURU
- Comparative study of intrusion detection system using machine learning
Başlık çevirisi yok
MAHMOOD IMAD ABDULKAREEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. OSMAN NURİ UÇAN
- A comparative study of prompting and fine-tuning for binary text classification of sustainable development goals
Sürdürülebilir kalkınma amaçlarının ikili metin sınıflandırmasında istemleme ve ince-ayar üzerine karşılaştırmalı bir çalışma
MERT ATAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PELİN ANGIN ÜLKÜER
- Bulanık mantık kontrolör ile klasık PID kontrolör algoritmalarının karşılaştırılması
Comparative study of PID controllers and fuzzy logic controllers
ÇİĞDEM ERGÜVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. İBRAHİM EKSİN