Extended kalman filter estimation based control of double twin rotor aerodynamic system
Çift ikili rotor aerodinamik sistemin extended kalman filtresi tabanlı kontrolü
- Tez No: 611642
- Danışmanlar: PROF. DR. ZAFER BİNGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Bu tezde geleneksel tek pervaneli helikopter sistemine kıyasla daha hızlı dinamik tepkiler elde ederek performansın arttırılması için tasarlanmış yeni bir 2DOF Aerodinamik Sistemin kontrol tasarım stratejisi ve davranış tahmini ele alınmıştır. Önerilen tasarımda her serbestlik derecesini kontrol etmek için iki eyleyici kullanılmakta böylece tahrik ünitesi tepki olarak daha çevik hale getirilmektedir. Bu tez, temel olarak iki alana odaklanmaktadır: 2DOF Aerodinamik Sistemin davranış bilgilerini tahmin etmek için genişletilmiş Kalman filtresinin uygulanması ve kontrol stratejilerinin uygulanması ve karşılaştırılması. Bu tezin ana katkıları, fazla tahrikli 2DOF Aerodinamik Sisteminin matematiksel modelinin geliştirilmesi, oryantasyon tahmini ve saha hareketi için yerçekimi dengeleme stratejisinin geliştirilmesidir. 2DOF Aerodinamik Sistemin üç ana bölümünün matematiksel modellenmesi geliştirilmiştir. İlk olarak, sistem gövdesi çerçevesi, motorlar ve motorları tutmak için gerekli bileşenlerden oluşan dönel gövdeler için Newton ikinci yasalarını kullanarak moment denkleminin geliştirilmesi gerçekleştirilmiştir. Bu moment denklemlerini kullanarak, önerilen sistemin dinamikleri Simulink modelinde analiz edilmiştir. İkincisi, itme kuvveti ve tork üretimi için statik deneyler, itme kuvveti ve tork denklemlerinin yaklaşık parametrelerinin tanımlanması ve ayrıca itme sisteminin verimliliğinin analiz edilmesi için yapılmıştır. Üçüncüsü, motorun dinamikleri, bir dizi çeşitli giriş sinyalinin verildiği ve uygun bir transfer fonksiyonunun yaklaştığı bir dizi deney yapılarak tanımlanmıştır. EKF, teklif edilen sistemin belirsiz durumlarını, yerleşik düşük maliyetli IMU sensöründen gelen gürültülü ölçümlerden tahmin etmek için uygulanır. Bu tahmin edilen durumlar daha sonra arzu tutumunu sürdürmek için kontrol algoritmasında geri bildirim bilgisi olarak kullanılır. Yerçekimi dengelemesi, yerçekimi kuvveti tarafından oluşturulan torku dengelemek için, perde dinamik kontrol cihazına eklenir. Bu kompanzasyon modeli, perde dinamik modelinin evrilmiş modelinin bulunmasıyla geliştirilmiştir. Elde edilen transfer fonksiyonu, yerçekimi nedeniyle değişen bozulma torkunu dengelemektedir. Kontrol sisteminin tasarımında yer alan iki ana bölüm, kontrol tahsis algoritması ve kontrol yasasıdır. Kontrol tahsis metodu kontrol sinyallerinin karşılık gelen motor setine programlanmasını içerir. Tasarım tahsisi, gerekli motor sinyallerini almak için durum geri besleme değerlerini yaklaşık kazanç matrisiyle kullanır. Kontrol kanunu tasarlanırken, üç kontrol stratejisi: Tam Durumlu Basamaklı denetleyici, PID denetleyici ve son olarak Bulanık Mantık denetleyici tasarlanmış ve karşılaştırma yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis reports the control strategies and attitude estimation of a novel 2DOF Aerodynamic System, designed for increase in performance by achieving fast dynamic responses compare to the conventional double propeller helicopter system. The proposed design is an overactuted system uses two actuators for controlling each DOF, thus make the propulsion unit more agile in response. This thesis focuses mainly on two areas, the application of extended Kalman filter for states estimation and comparison of control strategies. The major contributions of this thesis are the development of mathematical model of overactuated 2DOF Aerodynamic System, orientation estimation and developing the gravity compensation strategy for the pitch motion. The mathematical modeling of three main parts of 2DOF Aerodynamic System are developed. First, developing of moment equation using Newton second laws for rotational bodies that consists of system body frame, motors and necessary components for holding motors. Using these moment equations, the dynamics of the DTRAS system are analyzed in Simulink model. Second, static thrust and torque analysis are carried out for approximating parameters of thrust and torque equations and testing the efficiency of the propulsion system. Third, the dynamics of motor are identified by carrying a series of experiments in which a set of various input signals are given and a fitted transfer function is approximated. EKF is implemented for estimating the uncertain states of the proposed system from the noisy measurements from the on-board low cost IMU sensor. These estimated states are then used as states feedback information in the control algorithm for sustaining the desire attitude. The gravity compensation is added to the pitch dynamic controller to compensate for the torque generated by the gravity force. This compensation model is developed by finding the inversion model of the pitch dynamic model. The resultant transfer function compensates the varying disturbance torque due to gravity. Two main part involve in designing the control system, are the control allocation algorithm and control law. The control allocation method involves the scheduling the control signals to the corresponding set of motors. The design allocator uses the state feedback values with an approximated gain matrix to get the required motors signals. In designing the control law, three control strategies i-e Cascaded Full-State Feedback controller, PID controller and finally Fuzzy Logic controllers are designed and performance comparison is made.
Benzer Tezler
- Asenkron motor vektör kontrolü uygulamalarında genişletilmiş Kalman filtresi tabanlı gözlemleyici tasarımı
Reduced order extended Kalman filter based observer for an induction motor vector control
MENEKŞE OĞUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN GÖKAŞAN
- Asenkron motorların hız-algılayıcısız kontrolü için indirgenmiş-dereceli genişletilmiş kalman filtresi tabanlı kestiricinin geliştirilmesi ve gerçek-zamanlı uygulaması
Development and real-time application of a reduced-order extended kalman filter based estimator designed for speed-sensorless control of induction motors
MEHMET REŞAT KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNiğde ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT BARUT
- Gemi manevra modeli ve sapma açısının kontrolü
Ship manoeuver model and heading angle control
ABDULLAH TÜYSÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN
- İndüksiyon motorlarda yinelemeli YSA tabanlı durum kestirimi
Recurent neural network based IM state estimation
AYDIN MÜHÜRCÜ
Doktora
Türkçe
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAADETTİN AKSOY
- Senkron relüktans motorun gözlemci tabanlı sensörsüz kontrolü
Observer-based sensorless control of synchronous reluctance motor
EMRE CEBECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBursa Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF YAŞA