Handling quality oriented fault tolerant longitudinal flight control algorithm design for a jet trainer aircraft
Bir jet eğitim uçağı için uçuş kalitesi odaklı hata dayanımlı boylamsal uçuş kontrol algoritması tasarımı
- Tez No: 798771
- Danışmanlar: PROF. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Tez kapsamında, bir jet eğitim uçağı için belirli bir hata durumunda önceden tanımlanmış olan kararlılık ve başarım isterlerini sağlayan alternatif bir boylamsal uçuş kontrol algoritması tasarımı hedeflenmiştir. Jet eğitim uçağında güncel olarak kullanılmakta olan boylamsal uçuş kontrol algoritması önceden belirlenmiş olan kararlılık ve başarım gereksinimlerini sağlayabilmek için kontrolcü parametrelerinin 〖CG〗_X pozisyon bilgisine göre düzenlenmesine ihtiyaç duymaktadır. 〖CG〗_X Pozisyon bilgisinde bir hata olması durumunda, hesaplanamaması ya da hesaplanan değerin düşük güvenirliğe sahip olduğu tespit edilmesi durumunda, uçuş kontrol algoritması 〖CG〗_X pozisyonun ortada olduğu konfigürasyona ait olan parametreleri otomatik olarak kullanmaktadır. Güncel 〖CG〗_X pozisyonuna göre, özellikle de 〖CG〗_X'in tanımlı olduğu aralığın uç noktalarına yakın bir yerde olduğu zaman, boylamsal uçuş kararlılık ve başarım oranlarında ciddi düşüşler gözlemlenmiştir. Bu sebeple nominal kararlılığı ve başarım oranını sürdürebilmek için 〖CG〗_X pozisyon bilgisine ihtiyaç duymayan bir boylamsal uçuş kontrol algoritması bu tezin konusunu oluşturmaktadır. Altı serbestlik dereceli doğrusal olmayan uçak modeli, jet eğitim uçağının özelliklerini tam olarak temsil edecek şekilde farklı sistemleri temsil eden alt bloklar ile oluşturulmuştur. Bu altı serbestlik dereceli lineer olmayan model, uçuş kontrol algoritması tasarımı sürecinde kullanılmak için belirli bir tasarım noktası etrafında denge koşuluna getirilmiş ve küçük pertürbasyonlarla bu denge noktası etrafında doğrusallaştırılarak gerekli olan zaman bağımsız doğrusal modeller elde edilmiştir. Uçuş kontrol algoritması tasarım gereksinimleri uçuş kontrol algoritması tasarım sürecini yönlendirmek ve tasarlanan nihai kontrolcüleri değerlendirmek için kararlılık ve performans başlıkları altında tanımlanmıştır. Güncel kontrolcü ve buna alternatif iki adet kontrolcü tasarımı detaylı şekilde verilmiş ve belirli bir uçuş koşulu için uygulanmıştır. Güncel kontrolcü ve birinci alternatif kontrolcü aynı ileri beslemeli PI mimarisine sahip olmakla birlikte farklı tasarım metotları ile tasarlanmıştır. Güncel kontrolcüye ait parametreler kutup – sıfır atama metodu ile hesaplanırken birinci alternatif kontrolcüde; kararlılık arttırım sistemi için parametre uzayı yaklaşımı kullanılmıştır, kontrol arttırım sistemi ise sabit bir kontrolcü mimarisi için H_∞ normu sentezi metodu kullanılmıştır. İkinci alternatif kontrolcü bozuntu baskılama ile referans model takibi tabanlı bir yapı kullanmaktadır. Stabilite arttırım sistemi için yine parametre uzayı yaklaşımı metottu kullanılmıştır. Bozuntu baskılayıcı denetleyici ise sabit bir kontrolcü mimarisi için H_∞ normu sentezine dayalı metot ile tasarlanmıştır. Tasarlanan kontrolcüler önceden belirlenmiş kararlılık ve performans gereksinimleri doğrultusunda değerlendirilmiş ve en başarılı kontrolcünün yapısını ikinci alternatif kontrolcü, bozuntu baskılama ile referans model takibi, olduğu görülmüştür. Bozuntu baskılayıcı kontrolcünün 〖CG〗_X pozisyon bilgisinde hata olması durumunda dahi tüm kararlılık ve performans isterlerini karşılamaya devam ettiği görülmüştür. İkinci alternatif kontrolcünün bozuntu baskılama kabiliyeti sayesinde referans modeli hata durumunda dahi tam olarak takip ettiği gözlemlenmiştir. Parametre uzayı yaklaşımı sayesinde önceden belirlenmiş olan kararlılık isterlerini Nyquist diyagramı üzerinde sağlayan iki boyutlu parametre uzayı hesaplanmış ve bu sayede hata durumunda dahi kararlılık garanti edilmiştir. Birinci alternatif kontrolcü göstermiştir ki farklı bir tasarım metoduyla dahi söz konusu mimari, ileri beslemeli PI, bozuntu baskılama açısından zayıf. İkinci alternatif kontrolcü uçağın iç dinamiklerinde meydana gelen değişiklikleri ve belirsizlikleri birer bozuntu olarak algılama ve bozuntuyu baskılayarak referans model takibini sağlamak üzerine kurgulanmıştır.
Özet (Çeviri)
In the scope of the thesis an alternative longitudinal flight control algorithm, which satisfies predefined stability and performance requirements, in case of a specific fault is aimed for a jet trainer aircraft. Base flight control algorithm, which is being used currently, requires 〖CG〗_X position information to schedule controller parameters to achieve predefined stability and performance goals. In case of fault in 〖CG〗_X position information, where current 〖CG〗_X position information is not available or has low fidelity, flight control algorithm is automatically being fed with mid 〖CG〗_X position parameters. According to current 〖CG〗_X position, especially when current 〖CG〗_X position closes to edge of 〖CG〗_X range, there are significant stability and performance degradations in longitudinal flight control characteristics of the aircraft. An alternative longitudinal flight control algorithm which does not require 〖CG〗_X position information to sustain nominal stability and performance is the topic of the thesis. Six of degree of freedom nonlinear aircraft model is constructed with sub-blocks which represents different systems, to represent jet trainer aircraft model completely. This nonlinear model is trimmed around a specific design point and linear time invariant models are generated with small perturbations around this design point, to be used in flight control algorithm design processes. Flight control algorithm design requirements in terms of stability and performance are explained in detail to guide design process and asses the final controllers. Detailed design process of base controller and two alternate controllers are explained and applied for a specific design point. Base controller and the first alternative controllers are based on same architecture, PI with feedforward elements, but with different design methodologies. Base controller parameters are calculated via pole – zero assignment. Parameter space approach methodology for SAS and structured H_∞ synthesis methodology for CAS design are followed in the first alternative controller . The second alternative controller is based on explicit model following architecture with disturbance rejection capability. SAS feedback gains are calculated via parameter space approach methodology and structured H_∞ synthesis is used to design disturbance rejection compensator. Base controller and two alternative controllers are assessed in terms of predefined stability and performance requirements. The second alternative controller, explicit model following with disturbance rejection, has been found as the best one. It satisfies all stability and performance requirements even tough in case of fault in 〖CG〗_X position information. It has been observed that exact reference model match has been achieved with the second alternative controller with significant disturbance ejection capability. Stability has been ensured with parameter space approach which gives a 2D feedback gains basis which guarantees predefined stability requirements in Nyquist diagram. On the other hand, the first alternative controller has showed that even with a different design technique the architecture, PI with feedforward elements, is weak in terms of disturbance rejection. The main idea in the second alternative controller architecture is that; changes in internal aircraft dynamics and uncertainties can be assumed as disturbance and exact nominal performance can be reached with a sufficient rejection of those disturbances.
Benzer Tezler
- Çifte kaynak kısıtlı grup teknolojisi üretim sistemlerinin bozucu faktörlere dayanıklı tasarımı
Robust design of dual resource constrained group technology production systems
MUSTAFA AKHUN
Doktora
Türkçe
1999
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. M. BÜLENT DURMUŞOĞLU
- Uygulamaları açısından kalite yönetim sistemi: Gaziantep sanayisinden bulgular
Applications of quality management system: Findings from Gaziantep industry
SABİHA ANNAÇ
- Kaynak bağımlılığı kuramı bağlamında havacılık sektöründe rekabet üstünlüğü: Yer hizmetleri örneği
Competitive advantage in aviation in the context of resource dependence theory: The example of ground services
AHMET ERTEK
Doktora
Türkçe
2023
Sivil HavacılıkAnadolu ÜniversitesiSivil Havacılık Yönetimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ TAŞCI
- Tam zamanında üretim sistemlerinin maliyet analizi
Başlık çevirisi yok
AYŞEGÜL YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ETHEM TOLGA
- Yeni gemi inşaatında kalite güvence modeli olarak ISO 9001
Başlık çevirisi yok
SEMA GÜÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL