Geri Dön

Controller design and implementation for a guidance kit used at spinning rockets and projectiles

Dönen roket ve mühimmatlarda kullanılan bir güdüm kiti için kontrolcü tasarımı ve uygulanması

PDF İndir

  1. Tez No: 758690
  2. Yazar: GÖRKEM GÜNAY
  3. Danışmanlar: PROF. DR. RAİF TUNA BALKAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN ÇALIŞKAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kontrol Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 169

Özet

Geleneksel dönü kararlı mermiler düşük hassasiyet ve doğruluk sebebi ile güdümlü mühimmatlara kıyasla dezavantaja sahiptir. Bu dezavantajı gidermek için iki ana çözüm bulunmaktadır. İlk çözüm bir fren mekanizması yardımıyla menzilce tek boyutlu düzeltme yapar. İkinci çözüm iki boyutlu düzeltme yapmaktadır. Dönü kararlı mermilerin dinamiği günümüzde bulunan eyleyicilerin dinamiğinden yüksek olduğu için bu çözümde güdüm kitini mermi gövdesinden yalıtmak gerekir. İki boyutlu düzeltme için hareket edebilir aerodinamik yüzeyler içeren geleneksel kontrol tahrik sistemlerini kullanmak mümkündür ancak bu karmaşık elektronik bileşenler ve batarya gerektirir. Bu tezde dönü kararlı mermi ve roketlerin güdümlendirilme problemine çözüm olabilecek bir yöntem çalışılmıştır. Çalışılan çözüm mermi gövdesinden bağımsız dönebilen sabit kanatlı bir yapı kullanmaktadır. Eyleyici kısmı sarımları mermi gövdesi ile birlikte, mıknatısları sabit kanatlı yapı ile birlikte dönen bir alternatörden oluşur. Sistemde sabit kanatlar tarafından oluşan net kuvvet ve net tork bulunmaktadır ve net kuvvetin yönü ayarlanarak güdüm yapılabilir. Dolayısıyla ana tahrik problemi bir alternatörün pozisyon kontrolüdür. Temel tahrik problemi tek eksende pozisyon kontrolüne indirgendiğinden dolayı gerekli elektronik sistemler ve eyleyiciler basitleştirilmiştir. Ayrıca alternatörden elde edilen gücü batarya yerine kullanmak mümkündür. Mermi gövdesinin dönüsünü ve güdüm kiti üzerindeki aerodinamik torku simule etmek için bir test sistemi geliştirilmiştir. Alternatör ile birleştirilen test sisteminin matematiksel modeli elde edilmiştir. Alternatörün pozisyon kontrolü için bir kaskad PI denetleyici tasarlanmış ve test sisteminde uygulanmıştır. Denetleyici isterleri hız döngüsünde PI denetleyici, pozisyon döngüsünde P denetleyici ile karşılanmıştır. Hız döngüsünde denetleyici çıktısının sınırlandırılması nedeniyle oluşan aşım problemini çözmek için“Clamping anti-windup”yöntemi kullanılmıştır. Bu tezin içeriği kapsamında dönü kararlı top mermilerinin uçuş dinamiği de incelenmiştir. Uçuş dinamiği ilk olarak 6 serbestlik derecesi ile incelenmiş, daha sonra güdüm kiti tarafından sisteme eklenen 1 serbestlik derecesi de dahil edilerek benzetim 7 serbestlik derecesine çıkarılmıştır. 7 serbestlik derecesi içeren uçuş modeli top mermisi gövdesinin açısal hızını ve güdüm kiti üzerinde oluşan aerodinamik torku bulmak için kullanılmıştır. Tasarlanan denetleyici değişken aerodinamik tork ve gövde açısal hızı için test edilmiştir. 7 serbestlik dereceli uçuş simulasyonu kullanılarak bulunan aerodinamik tork test sisteminde değiştirilmeden uygulanmıştır ancak gövde açısal hızı test sisteminin limitlerinin içinde kalabilmek için oransal olarak azaltılmıştır. Güdüm kiti üzerinde oluşan aerodinamik tork ve gövde dönüsü dolayısıyla oluşan sürtünme torkunun toplam değeri bozucu kestirimi yoluyla elde edilmiştir. Denetleyicilerin doyum noktası değişkenleri sistemdeki toplam bozucu etkiye göre uçuş boyunca denetleme kabiliyetinin korunması amacıyla güncellenmiştir.

Özet (Çeviri)

Traditional spin-stabilized projectiles have disadvantages due to low accuracy and precision with respect to guided munitions. There are two main solutions to eliminate these disadvantages. The first one uses a drag brake mechanism to make 1-D guidance by making range correction. The second solution makes 2-D guidance. Since rotation dynamics of a spin-stabilized projectile is faster than existing servo actuators this solution requires isolation of the guidance kit from the rotation of the projectile body. It is possible to use traditional control actuation systems with movable aerodynamic surfaces for 2-D guidance but it requires complicated electronics and a battery. In the scope of this thesis, the feasibility of an actuation solution to 2-D guidance problem of spin-stabilized projectiles is examined. The examined solution uses a fixed canard structure which is isolated from body rotation. The actuator part consists of an alternator. The stator of the alternator rotates with the projectile body and the rotor of the alternator rotates with a fixed canard structure. There is a net torque and a net force generated by fixed canards and guidance can be done by controlling the direction of the net force. Therefore, the main actuation problem is position control of an alternator. Since the actuation problem is reduced to one-axis position control, required driver electronics and actuators are simplified. And also, it is possible to use power generated by the alternator instead of using a battery. A test system is developed to simulate the rotation of the projectile body and aerodynamic torque on the guidance kit. Mathematical model of the test system with the alternator is created. To make position control of the alternator, a cascade PI controller is designed and applied in the test system. Requirements of the controller are satisfied with PI controller in the velocity loop and P controller in the position loop. Clamping anti-windup method is used to overcome the overshoot problem caused by the limitation of the controller output in the velocity loop. Also, in the scope of this thesis, flight dynamics of a spin-stabilized artillery projectile is examined. Firstly, the model is established in 6-DOF, then it is extended to 7-DOF with the addition of 1-DOF generated by the free rotating part of the guidance kit. This 7-DOF flight simulation model is used to find the angular velocity of the projectile body and aerodynamic torque on the guidance kit. The designed controller is tested with changing aerodynamic torque and body angular velocity. The aerodynamic torque found by using 7-DOF simulation is directly applied to the test system but the angular velocity of the body is scaled down to be inside of the limits of the test system. A disturbance observer is designed to be able to find the sum of the aerodynamic torque and friction torque generated by body angular velocity. The saturation parameters are updated with respect to total disturbance torque on the system to have control ability through to fight time.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    139400

    How cryptographic implementations affect mobile agent systems

    Şifreleme gerçekleştirmelerinin gezgin aracı internet sistemlerini nasıl etkilediği

    İSMAİL ULUKUŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi Üniversitesi

    Sistem ve Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMİN ANARIM

  2. Tez No

    485196

    Design and implementation of a torque-based predictive steering assistance for human-centered and safe automated driving

    İnsan-merkezli ve güvenli otomatik sürüş için tork tabanlı öngörümlü direksiyon yardımcı sisteminin tasarımı ve gerçeklenmesi

    ZİYA ERCAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN GÖKAŞAN

  3. Tez No

    672555

    İşbirlikçi robotların haptik arayüzlerle teleoperasyonu

    Haptic teleoperation of cooperating robots

    ÖMER FARUK ARGIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU

  4. Tez No

    823793

    Addressing parametric uncertainties in autonomous cargo ship heading control

    Otonom kargo gemisi yön kontrolündeki parametrik belirsizliklerin ele alınması

    AHMAD IRHAM JAMBAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. İSMAİL BAYEZİT

  5. Tez No

    864672

    High-speed trajectory tracking controller design

    Yüksek hızlı iz takip kontrolörü tasarımı

    OMAR SHADEED

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Assoc. Prof. Dr. EMRE KOYUNCU

Geri Dön