Üç serbestlik dereceli yeni bir küresel uçuş simülatörünün tasarımı ve kontrolü

Yıl 2023, Cilt: 38 Sayı: 3, 1645 - 1660, 06.01.2023

Edip Öztürk , Kürşad Göv

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1103916

Öz

Günümüzde teknolojinin gelişimiyle birlikte simülatörlerin kullanım alanları çeşitlenerek artmaktadır. Simülatörler her sektörde kendilerine yer bulabildikleri gibi havacılık ve uzay çalışmalarında da büyük rol oynamaktadırlar. Bu çalışmada, yeni bir küresel uçuş simülatörü tasarlanmış, küresel uçuş simülatörünün doğrusal olmayan dinamiği Newton-Euler yöntemi kullanılarak matematiksel olarak modellenmiştir. Elde edilen matematiksel model küresel uçuş simülatörü için kontrolcü tasarımında kullanılmıştır. Kontrolcü tasarımında kutup yerleştirme yöntemi ve doğrusal karesel düzenleyici yöntemi (LQR) seçilmiş olup bu yöntemler kıyaslanmıştır. Sistemin matematiksel benzetimi SIMULINK ortamında yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Uçuş simülatörü, Newton-Euler yöntemi, Kutup yerleştirme, LQR kontrol, Simülasyon

Kaynakça

• 1. Allerton, D., Principles of flight simulation. 2009: John Wiley & Sons.
• 2. Mevlütoğlu, A., "Modelleme ve simülasyon teknolojilerinin tedarik süreç yönetiminde kullanılması ve simülasyon tabanlı tedarik yöntemi". Savunma Sanayi Gündemi, 2010. 11: p. 23-26.
• 3. Rolfe, J.M. ve K.J. Staples, Flight simulation. 1988: Cambridge University Press.
• 4. Page, R.L., "Brief history of flight simulation". SimTecT 2000 proceedings, 2000: p. 11-17.
• 5. Coiro, D., A. De Marco, ve F. Nicolosi. "A 6dof flight simulation environment for general aviation aircraft with control loading reproduction". in AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit. 2007.
• 6. Heesbeen, B., R. Ruigrok, ve J. Hoekstra. "GRACE-a Versatile Simulator Architecture Making Simulation of Multiple Complex Aircraft Simple". in AIAA modeling and simulation technologies conference and exhibit. 2006.
• 7. Huang, Y., vd. "A review of control schemes for hydraulic stewart platform flight simulator motion systems". in AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference. 2016.
• 8. Pradipta, J., vd. "Development of a pneumatically driven flight simulator Stewart platform using motion and force control". in 2013 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. 2013. IEEE.
• 9. Sultan, C., M. Corless, ve R.E. Skelton, "Tensegrity flight simulator". Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2000. 23(6): p. 1055-1064.
• 10. Yang, Y., S.T. Zheng, ve J.W. Han. "Motion drive algorithm for flight simulator based on the stewart platform kinematics". in Key Engineering Materials. 2011. Trans Tech Publ.
• 11. Chang, Y.-H., C.-S. Liao, ve W.-H. Chieng, "Optimal motion cueing for 5-DOF motion simulations via a 3-DOF motion simulator". Control Engineering Practice, 2009. 17(1): p. 170-184.
• 12. Baseggio, M., vd. "An MPC approach to the design of motion cueing algorithms for driving simulators". in 2011 14th international IEEE conference on intelligent transportation systems (ITSC). 2011. IEEE.
• 13. Garrett, N.J. ve M.C. Best, "Evaluation of a new body-sideslip-based driving simulator motion cueing algorithm". Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of automobile engineering, 2012. 226(11): p. 1433-1444.
• 14. Jamson, A.H.J., Motion cueing in driving simulators for research applications. 2010: University of Leeds.
• 15. Qazani, M.R.C., H. Asadi, ve S. Nahavandi, "An optimal motion cueing algorithm using the inverse kinematic solution of the hexapod simulation platform". IEEE Transactions on Intelligent Vehicles, 2021.
• 16. Qazani, M.R.C., vd., "Adaptive motion cueing algorithm based on fuzzy logic using online dexterity and direction monitoring". IEEE Systems Journal, 2021.
• 17. Baruh, H., Analytical dynamics. 1999: WCB/McGraw-Hill Boston.
• 18. Leghmizi, S., vd. "Dynamics modeling for satellite antenna dish stabilized platform". in Advanced Materials Research. 2012. Trans Tech Publ.
• 19. MCCONNELL, K.G., KINEMATICS OF A THREE-AXIS GIMBAL SYSTEM, in Developments in Theoretical and Applied Mechanics. 1967, Elsevier. p. 515-541.
• 20. Sangveraphunsiri, V. ve K. Malithong. "Control of inertial stabilization systems using robust inverse dynamics control and sliding mode control". in 6th International Conference on Automotive Engineering (ICAE-6) BITEC, Bangkok, Thailand. 2010.
• 21. Wongkamchang, P. ve V. Sangveraphunsiri, "Control of inertial stabilization systems using robust inverse dynamics control and adaptive control". Science & Technology Asia, 2008: p. 20-32.
• 22. Dorf, R.C. ve R.H. Bishop, Modern control systems. 2008: Pearson Prentice Hall.
• 23. Ogata, K., Modern control engineering. Vol. 5. 2010: Prentice hall Upper Saddle River, NJ.
• 24. CANER, U. ve M. EROĞLU, "ROBOT KOL DENETİM TASARIMI İÇİN DURUM DEĞİŞKENLERİ GERİ BESLEMELİ VE TÜMLEVLİ DENETİMCİ YAKLAŞIMI". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2004. 19(3).
• 25. Chan, R.P.M., K.A. Stol, ve C.R. Halkyard, "Review of modelling and control of two-wheeled robots". Annual reviews in control, 2013. 37(1): p. 89-103.
• 26. Feng, T., vd. "Modeling and implementation of two-wheel self-balancing robot equipped with supporting arms". in 2011 6th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. 2011. IEEE.
• 27. KARADENİZ, M., İ. İSKENDER, ve S. YÜNCÜ, "Doğru akım motor hızının uyarlamalı kutup yerleştirme denetimi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2004. 19(3): p. 327-334.
• 28. Nath, V. ve R. Mitra. "Swing-up and control of Rotary Inverted Pendulum using pole placement with integrator". in 2014 Recent Advances in Engineering and Computational Sciences (RAECS). 2014. IEEE.
• 29. Shehu, M., vd. "LQR, double-PID and pole placement stabilization and tracking control of single link inverted pendulum". in 2015 IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering (ICCSCE). 2015. IEEE.
• 30. Soufiani, B.N. ve M.A. ADLI, "İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 35(4): p. 2255-2268.
• 31. Wahab, A.A., R. Mamat, ve S.S. Shamsudin, "The effectiveness of pole placement method in control system design for an autonomous helicopter model in hovering flight". International Journal of Integrated Engineering, 2009. 1(3).
• 32. Zubov, N., vd., "The use of the exact pole placement algorithm for the control of spacecraft motion". Journal of Computer and Systems Sciences International, 2013. 52(1): p. 129-144.
• 33. ÇAKIR, M.F. ve M. Bayraktar, "Ana muharebe tankının modellenmesi ve silah salınımlarının azaltılması için LQR kontrolör tasarımı". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2020. 35(4): p. 1861-1876.
• 34. Kumar, E.V. ve J. Jerome, "Robust LQR controller design for stabilizing and trajectory tracking of inverted pendulum". Procedia Engineering, 2013. 64: p. 169-178.
• 35. Kutluay, E., M. Düzgün, ve M. Dousti, "Şerit takip sistemi için yenilikçi eşgüdümlü müdahale konfigürasyonunun tasarımı ve performans analizi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2021. 36(3): p. 1631-1642.
• 36. Sever, M., vd., "Active vibration control of a vehicle suspension system having biodynamic driver model with state derivative feedback LQR". Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 2010. 24(18): p. 4282-4296.
• 37. Sever, M., vd., "Biodinamik sürücü modeli içeren bir taşıt süspansiyon sisteminin durum türevi geri beslemeli LQR ile aktif titreşim kontrolü". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2019. 34(3): p. 1573-1584.
• 38. Hibbeler, R.C., Engineering mechanics: dynamics. 2004: Pearson Educación.