Automatic landing with model predictive control
Model öngörülü kontrol ile otomatik iniş
- Tez No: 707029
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKER ÜSTOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Mekatronik Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Mechatronics Engineering, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 147
Özet
Uçuş kontrol sistemlerinde iniş manevrası hava aracı için en kritik zaman dilimlerindendir, bozucu etkinliğinin yüksek olduğu bu zaman diliminde hem bozuculara cevap verebilmek hem de dayanıklılığı sağlamak büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışması kapsamında çift motorlu bir yolcu uçağı için 4 farklı kontrolcü tipinde otomatik iniş sistemi tasarlanmıştır, bu iniş sistemi hem boylamsal hem de yanal düzlemde tam otomatik inişi sağlamaktadır. Tez kapsamında öncelikli olarak otomatik iniş otopilotu için literatürde yer alan farklı kontrol mimarileri incelenmiştir. Hava aracının modellenmesinde; havacılıkta kullanılan eksen takımları ve bunlar arasındaki dönüşüm, kuvvet ve moment denklemleri, eyleyici ve sensör modelleri yer almaktadır. Sisteme etkiyen rüzgar, rüzgar kesme ve ani rüzgar gibi bozucuların modellemesi de anlatılmıştır. Hava aracı kontrol sistemlerinde kontrol mimarisi direkt olarak doğrusal olmayan model üzerine kurulabilecek olsa da literatürde çeşitli koşullarda doğrusal model elde edilip bu model üzerinden kontrol mimarisi inşa edilmektedir, bu nedenle tez içerisinde denge noktasını bulma ve denege noktası etrafında doğrusallaştırma da yer almaktadır. Tez kapsamında farklı koşullarda doğrusallaştırma sonucunda sistem girişlerinin ve sistem çıkışlarının değişimi incelenmiştir. Hava aracının doğrusal olmayan modelinin, doğrusal modeli ile tutarlılığı karşılaştırılmış olup bu karşılaştırma kontrol yüzeylerine verilen ikili komutlara karşılık sistem değişkenlerinin davranışı incelenerek yapılmıştır. Otomatik iniş otopilotu tasarımında uluslararası standartlar ve kabuller mevcuttur, bu standartlar güvenli inişin tanımını yaparken kabuller inişi alt fazlara gölmektedir ve bu alt fazlar tüm sistemlerde aynı şekilde yer almaktadır. Tez kapsamında otomatik iniş otopilotuna ait alt fazların neler olduğu ve bu alt fazların hangi krtilerlere ve koşullara göre birbirinden ayrıldığı incelenmiştir. Uçuş kontrol sisteminde yer alan klasik kontrol mimarileri ele alınıp(kararlılık arttırıcı sistem ve kontrol arttırıcı sistem) bu mimarilerin hangi amaçlarla ve ne standartlarla tasarlandığı ele alınmıştır. Havacılıkta kullanılan uçuş kontrol sistemlerinin incelenmesinde pilot otoritesinin olduğu kontrol mimarilerinden başlanıp tam otonom mimarilere kadar ve burada yer alan iç içe döngülerin hangi akış ile tasarlandığı ele alınmıştır. Sabit kanatlı hava aracı kontrol sistemlerinde sisteme ait boylamsal ve yanal durumlar ayırılabilir haldedir, tez kapsamında da bu ayırılmış durumlar için literatürde yer alan otomatik iniş mimarileri incelenmiştir. Uçuş kontrolünde boylamsal ve yanal modların kutupları üzerinden sistem karakteristiğine dair incelemeler yapılmaktadır, tez kapsamında ele alınan hava aracı için de boylamsal ve yanal modları kutup, doğal frekans ve sönüm oranı incelenmiştir; farklı koşullarda yapılan doğrusallaştırma sonucunda sistem girişlerinin sistem doğal frekanslarının ve sönüm oranlarının değişimi incelenmiştir. Tez kapsamında iniş sistemi için tasarlanan kontrolörler: PID, Lineer Kuadratik Integral, Model Öngörülü Kontrol ve Cebirsel Model Öngörülü Kontrol mimarileridir. Bu dört farklı kontrol mimarisinden birisi(PID) tek giriş-tek çıkış kontrol yapısındayken diğer üç kontrol mimarisi(LQI, MPC, AMPC) çok giriş-çok çıkış kontrol yapısındadır. PID kontrolörün tsarlanmasının amacı ulaşılabilir ve havacılıkta sık kullanılan bir kontrol yapısı olması ve otomatik iniş problemine uygulanabilirliğini incelemektir. Lineer Kuadratik Integral kontrol mimarisinin uygulanmasının amacı ise yine havacılıkta kullanılan kararlılık arttırıcı sistem(sistem durumlarının stabil hale gelip sönümlenmesini sağlayan mimari) ve kontrol arttırıcı sistem(sistem durumlarından istenilenleri pilot tarafından veya dış döngü kontrolörü tarafından verilecek referans değerlerin takip edilmesini sağlayan mimari) yapıları ile benzerlik kurulabilecek bir yapıda(sistem durumları için durum geribesleme ile kararlı hale getirirken seçilen geribesleme sinyallerini referans takibi yapılacak şekilde hatanın integralden geçirilerek kontrol komutunun oluşturulduğu bir yapıdır) olmasıdır. Uçuş kontrolü kalitesini test etmek için önerilen kontrolör yapıları hem farklı büyüklükte ve yönde sabit rüzgarlar, rüzgar kesme durumları, ani rüzgar durumları kontrol yüzeyi hataları ile bozucu etkisinde bırakılmıştır. Tez kapsamında tasarlanan iniş otopilotu klasik iniş mimarilerinde olduğu gibi süzülme, palye ve teker koyma alt fazlarından oluşmakta olup kontrol sisteminin sınanacağı bozucu durumları hem inişin başında hem alt fazlar arasındaki geçiş anında verilerek kontrolörlerin başarımları incelenmiştir. Uçuş kontrolörleri tasarlanırken kontrol sisteminin davranışı hakkındaki uluslar arası sivil ve askeri standartlar tez kapsamında incelenmiş, tasarlanan kontrolör yapılarından sabit geri beslemeli olan kontrol mimarileri bu kriterlere uygunluk açısından da değerlendirilmiştir. Tez kapsamında tasarlanan ve çevrimiçi olarak kontrol işaretinin üretildiği Model Öngörülü Kontrol ve Cebirsel Model Öngörülü Kontrol yapılarının kıyaslanmasında hem çevrimiçi çözüm süresi hem de performas kriterleri altındaki başarımı göz önünde bulundurulmuştur. Çevrimiçi kontrol işaretlerinin belirlendiği Model Öngörülü ve Cebirsel Model Öngörülü kontrol yapılarında kararlılık incelemesi klasik geri besleme yöntemlerinde yapıldığı gibi yapılamayacağı için literatürde yer alan varsayımlar ile kararlılıkları incelenmiştir. Kontrolörlerin tasarımı iniş safhasındaki bir durum için doğrusallaştırılmış doğrusal model üzerinden yapılmış olup iniş simülasyonu ve performans analizleri doğrusal olmayan model üzerinden yapılmıştır. Tezin değerlendirme kısmında yanal ve boylamsal durumların tutuşunun belirli kriterler altında, inişin tamamı boyunca, palye fazında ve teker koyma anındaki başarımı değerlendirilerek farklı kontrolör yapılarının iniş otopilotu tasarımındaki başarımı ele alınmıştır.
Özet (Çeviri)
In flight control systems, the landing maneuver is one of the most critical time periods for the aircraft, and it is of great importance to both respond to the disruptors and ensure durability in this time period when the disruptor activity is high. Within the scope of this thesis, 4 different controller type automatic landing systems were designed for a twin-engine passenger aircraft, this landing system provides fully automatic landing in both longitudinal and lateral planes. Within the scope of the thesis, different control architectures in the literature for the automatic landing autopilot were examined. Within the scope of the thesis, the change of system inputs and system outputs as a result of linearization under different conditions has been examined. The consistency of the nonlinear model of the aircraft with the linear model was compared, and this comparison was made by examining the behavior of the system variables in response to the binary commands given to the control surfaces. Within the scope of the thesis, what the sub-phases of the automatic landing autopilot are and according to which criteria and conditions these sub-phases are separated from each other are examined. The classical control architectures in the flight control system (stability-enhancing system and control-enhancing system) are discussed, and for what purposes and with what standards these architectures are designed. In fixed-wing aircraft control systems, the longitudinal and lateral states of the system are separable. In the scope of the thesis, the automatic landing architectures in the literature for these separated states are examined. The controllers designed for the descent system in the thesis are: PID, Linear Quadratic Integral, Model Predictive Control and Algebraic Model Predictive Control architectures. One of these four different control architectures (PID) is in a single-input-single-output control structure, while the other three control architectures (LQI, MPC, AMPC) are in a multi-input-multi-output control structure.
Benzer Tezler
- Hava araçları kokpitlerinde makine öğrenmesi tabanlı tahmine dayalı kullanıcı arayüzü
Machine learning prediction based ui for aircraft cockpit
BİLGE TOPAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEHÇET UĞUR TÖREYİN
- DÖRT ROTORLU İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI İÇİN VERİYE DAYALI KONTROL SİSTEM TASARIMI
DATA DRIVEN CONTROL SYSTEM DESIGN FOR QUADROTOR UNMANNED AERIAL VEHICLES
ATAKAN YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN
- Numerical simulation of aircraft icing with an adaptive thermodynamic model considering ice accretion
Buz birikimini göz önüne alarak uyarlanmış bir termodinamik model ile uçakta buzlanmanın sayısal benzetimi
HADI SIYAHI
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CİHAT BAYTAŞ
- An application of credit scoring based on logistic regression
Lojistik regresyon kullanılarak bir kredi skorlama uygulaması
BERKER MORALAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
EkonometriBoğaziçi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. WOLFGANG HÖRMANN