2 roturlu çok girişli çok çıkışlı helikopter sisteminin değişik kontrol teorileri kullanarak modellemesi ve kontrolü

Abstract

Helikopterler, farklı türlerdeki kısıtlanmış bölgeler ve arazilere hızlı iniş ve kalkış yapabilmeleri nedeniyle ulaştırma sektöründe ve acil durumlarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Helikopterin kontrol performansı, yükselme ve sapma açılarının ayar ve kontrolü ile doğrudan ilişkilidir. Helikopterin yükselme açısındaki (saldırı açısı) herhangi bir değişim, sapma açısında istenmeyen bir bozulmaya, benzer şekilde sapma açısındaki herhangi bir değişim ise yükselme açısında bir sapmaya neden olur. Genellikle TRMS (İkiz Rotor Çoklu Giriş Çoklu Çıkış Sistemi) olarak bilinen, iki dereceli serbestliğe (2-dof) sahip bir uçuş helikopter simülatörü, gerçek helikopterlerin yüksek doğrusalsızlık veya eksenel hareketler arasındaki önemli çapraz kavrama ve hatta hem kapalı devre hem de açık devre altında karasızlığına bağlı davranış benzerlikleri sebebiyle kontrol laboratuvarlarında test platformları olarak çoğunlukla kullanılırlar. Bu yüzden, TRMS, helikopter kontrolünde karşılaşılan zorlayıcı dinamikleri basitleştirilmiş bir sistem ve tasarlanmış kontrol yaklaşımlarının testi için hızlı bir prototiplendirme ortamı sağlayan donanım yapısı yardımı ile bizlere etkili idare sağlar. TRMS kontrolü, iki elektrik motorunun dönüş hızının ayarlanması ile yapılabilir. Bu tez çalışması, TRMS kullanımında Newton uyumlu bir modelleme yaklaşımı içeren bir giriş bölümünü ve sonrasında TRMS'nin kararlılaştırmak için detaylı tasarım prosedürleriyle geliştirilmiş modeli kullanan değişik kontrol stratejilerinin birleşimi ve uygulamasını sunmaktadır. İlk uygulanan kontrol yaklaşımı klasik PID kontroldür. İkinci kontrol şeması dilbilimsel bir yapıya sahip bulanık mantıktır ve son olarak da bulanık tip-2 kontrol algoritması performans kontrolü için TRMS prosesine uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar ise klasik PID kontrol ve bulanık mantık ile karşılaştırılmıştır. Zaman analığındaki analizler sonuç tabloları tip2 bulanık kontrol algoritması daha iyi performans özellikleri göstermiştir.

Helicopters are used widely in transportation sector and in emergency cases due to the capability of quick taking off and landing on from different kinds of limited terrains and areas. The helicopter's control performance is related directly to the regulation and control of its two angles of rotation (pitch and yaw). Any changes of the helicopter's motion in pitch angle (angle of attack) leads to undesired changes in yaw angle, and simultaneously another changes in yaw angle that effects the pitch angle. A flight helicopter simulator with Two-degrees-of-freedom (2-dof) so-called TRMS (Twin Rotor Multi Input Multi Output System) is largely used in control labs as test platforms due to its comportment similarities with real helicopters whether in its high nonlinearity, or the important cross-coupling between its axial motions, or even in its instability under both closed-loop and open-loop. Therefore TRMS allows us effectively to investigate and design the desired controllers those can handle safely the challenging dynamics encountered in helicopter's control, through a system more simplified, and with the aid of its hardware structure assistance that provide a rapid prototyping environment for testing the designed control approaches. The control of TRMS is doable through the adjustment of the rotation speed of the two electrical motors. The present thesis presents an introduction, including a Newtonian modeling approach, to the used TRMS, then a synthesis and application of various control strategies those are already demonstrated by utilizing this test developed model with detailed design procedures in order to stabilize the TRMS. The first applied control approach is the classical PID control. Second control scheme is fuzzy control which has a linguistic structure and finally fuzzy type-2 Control algorithm is applied to a TRMS process to check the performance. The results are compared with classical PID controller and fuzzy logic. Time domain analysis and tabletted results show that better performance specification are obtained using type2 fuzzy control.