Fault tolerant control of a missile autopilot system
Füze otopilot sisteminin arıza toleranslı kontrolü
- Tez No: 896656
- Danışmanlar: PROF. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Havacılık savunma sanayii sektöründe füze sistemleri yarım yüzyılı aşkın süredir önemli bir araç olmuştur. Dünyada teknolojik gelişmeler oldukça bu sektör de aynı şekilde gelişmeye devam etmiştir ve günümüzde de devam etmektedir. En basit şekliyle füze bir yükü (harp başlığı) istenen noktaya götürmeye yarayan bir hava aracıdır. Bu görevi başarmak için belirsizlik ve bozucu etkilerin üstesinden gelecek bir kontrolcü elzemdir. Füzenin kontrolünden sorumlu bölüme ise füze otopilotu denilmektedir. Otopilot önceden tasarlanmış kontrolcü ve füzenin uçuş sırasındaki kontrolüyle ilgili tüm kodlamaların yer aldığı sistemdir. Bu tez çalışmasında, füze otopilot sisteminin ana kontrolcüleri model öngörülü kontrolden faydalınalarak tasarlanmış ve ardından otopilot sistemine eyleyici arızasına karşı tolerans yeteneği kazandırılmıştır. Arıza toleranslı kontrol, sistemde bir hata meydana gelmesi durumunda kontrolcü performansını geri kazanmak amacını güden bir kontrol yaklaşımıdır. Bu hatalar, ana sistemde, sensörlerde veya eyleyicilerde meydana gelebilir. Hata toleranslı kontrol normal bir kontrolcünün arıza durumunda başarısız olacağı noktada devreye girer. Füze sisteminde eyleyiciler kontrol için son derece önemli elemanlardır. Eyleyiciler füzenin havada gerekli manevraları yapabilmesi için kontrol yüzeylerini döndürmeye yarar. Eyleyicilerden bir tanesinin arızalanması tüm sistemin başarısız olmasına yol açabilir. Böyle bir eyleyici hatası sebebiyle tüm sistemi kaybetmemek için aktif bir arıza tolerans metoduna ihtiyaç vardır. İlk olarak, sistemin hareket denklemleri elde edilmiş ve doğrusallaştırma süreci takip edilmiştir. Adaptif model öngörülü kontrolcü doğrusallaştırılmış sisteme uygulanmıştır. Doğrusallaştırmanın yeterliliği açık döngü cevaplarının doğrusal olmayan sistem dinamiği sonuçlarıyla karşılaştırması ile yapılmıştır. Ardından doğrusal olmayan bir analiz modeliyle kontrolcünün gürbüzlüğü ve kararlılığı incelenmiştir. Sonra, eyleyicilerden birinin arızalanıp yerinde takılı kaldığı hata senaryosunun (etkinliğin tamamen kaybı) sisteme etkisi incelenmiştir. Ardından, arızanın varlığını ve yerini belirlemek için arıza teşhis algoritması kodlanmıştır. Teşhis ardından arızaya uygun olan arıza tolerans kontrol metodu kalan eyleyiceler için aktive edilmiştir. Son olarak, doğrusal olmayan simülasyon ortamında arıza tolerans kontrolünün varlığının hata senaryosuna nasıl etki ettiği sonuçlarla gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In aerospace defense industry, missile systems have been an important asset for more than half a century. As technological advancements take place, this field also continues to improve and develop today. A missile is simply a type of controlled aircraft with the purpose of carrying a payload (warhead) to a designated location. In order to complete this mission, a controller that can handle disturbances and uncertainties is necessary. The section responsible for the flight control of missiles is called the missile autopilot. The autopilot contains pre-designed controllers and other logical coding that concern any type of control of the missile. In this thesis, the main controllers of the autopilot are designed benefiting from model predictive control theory and then missile autopilot system is equipped with fault tolerance capability against actuator failure. Fault-tolerant control is a control approach that aims to recover controller performance in case of a fault occurring in the system. These faults can happen in the plant, sensors, or actuators. Fault-tolerant control takes place when the basic controller would fail in such a scenario. In missile systems, actuators are vital for the control of the missile. They rotate control surfaces of the missile so that the missile can carry out required maneuvers during flight. If one of the actuators beocme dysfunctional this can lead failure of the whole missile system. In order to prevent losing an entire expensive system due to actuator failure, an active fault tolerant control method is required. In this study, firstly the equations of motion for the system are obtained and then a linearization process is followed. Adaptive Model Predictive Control is applied to the linearized system model. The accuracy of linearization is shown by comparing time responses of linear and nonlinear system dynamics. Then a nonlinear analysis model is used to analyze the robustness and stability of the controller. Then the effect of a fault scenario is analyzed where one of the four actuators has failed and stuck at its latest position (also called total loss of effectiveness). Then a fault diagnosis logic is coded in order to locate and identify the faulty actuator. After the diagnosis, an appropriate fault-tolerant control process is applied to the remaining three actuators. Finally, nonlinear simulation results are obtained in order to compare the fault scenarios with and without fault-tolerant control and demonstrate the effectiveness of the method used.
Benzer Tezler
- Actuator fault tolerant terminal sliding mode guidance law with impact angle and acceleration constraints
Aktüatör arizasi toleransli çarpma açisi ve ivme kisitlari ile terminal kayan kipli güdüm kanunu
FATİH KIRIMLIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Uçak MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİR KUTLUAY
- Dönerkanat tipinde bir insansız hava aracının arıza toleranslı kontrolü
Fault tolerant control of a rotary wing type unmanned aerial vehicle
AHMET ERMEYDAN
Doktora
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiHavacılık Elektrik ve Elektroniği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN KORUL
- Fault tolerant control of a quadrotor helicopter
Dört pervaneli helikopterin hata toleranslı kontrolü
YARKIN HOCAOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜNEL
- Fault tolerant control of a quadrotor UAV
Dört rotorlu bir İHA'nın arıza toleranslı kontrolü
MAJID MOGHADAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET ÇALIŞKAN
- Fault tolerant control of a dual-three-phase electrical machine with predictive current control and reduced computation burden
Çift üç fazlı elektrik makinasının hesaplama yükü azaltılmış öngörülü akım kontrolcüsüyle hata toleranslı kontrolü
HAKAN SARAÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OZAN KEYSAN