Zırhlı araçlar için gimbal aktif koruma sistemi tasarımı ve kontrolü

Abstract

Gelişen teknolojinin etkisiyle savunma sanayisindeki tehdit ve önlem teknolojisinde rekabet ortaya çıkmıştır. Savaş sahalarında ve meskun mahal ortamlarında kullanılan zırhlı araçlar çeşitli tehditlere hedef olmaktadır. Aktif Koruma Sistemleri (AKS), savaş sahalarındaki zırhlı personel taşıyıcı ve tankların, durumsal farkındalığını sağlamak ve beka kabiliyetlerini arttırmak için geliştirilmektedirler. AKS dışarıdan gelecek tehdidi tespit eder ve savunduğu platformu koruyacak tedbirleri alır. Tehdit, güdümsüz roketler veya güdümlü anti-tank füzeleri olabilir. AKS'nin lançer mekanizmaları bulunduğu platformda 360° koruma sağlayabilecek sistemler olarak tasarlanır. AKS'lerin yüksek hızlarda gelen tehditlere en kısa reaksiyon süresinde karşılık verebilmesi gerekmektedir. Bundan dolayı bu sistemler iki serbestlik derecesine sahip gimbal yapılarda tercih edilmektedir. Gimbal'in faydalı yükü mühimmat taşıyıcı olarak kullanılan lançerlerdir. Bu çalışmada AKS görevi görecek 2 serbestlik dereceli bir gimbal tasarımı yapılmıştır. Gimbal aktif koruma sistemindeki yanca ekseninin kısa zamanda istenilen pozisyonlara yönlendirilmesi bir denetim problemi olarak ele alınmış ve çalışmalar yapılmıştır. Belirtilen kapsamda bir gimbal AKS'nin eksen takımları tanımlanmış ve bu eksen takımlarına göre hareket denklemleri çıkartılmıştır. Lagrange-Euler yöntemi kullanılarak gimbalin dinamik denklemleri elde edilmiştir. Gimbal sisteminin matematiksel denklemleri kullanılarak MATLAB SİMULİNK ortamında sistem modeli oluşturulmuştur. Sistemi kontrol etmek için Kaskad Adaptif Bulanık Mantık PID kontrolcü ve Kaskad Klasik PID kontrolcü algoritmaları tasarlanmıştır. Ardından sistemin hem benzetimi hem de gerçek zamanlı kontrolü her iki kontrol algoritması ile kontrol edilmiştir. AKS'deki dış gimbalin en geç tepki vereceği pozisyon olan 0 ile 180 derece arasında pozisyon kontrolü yapılmıştır. Kontrolcüler bu iki pozisyon arasındaki açı değerlerinde çalıştırılmış ve performansları karşılaştırılmıştır. Bu bağlamda tasarlanan denetim sistemi algoritmalarıyla AKS'nin pozisyon kontrolünün iyileştirilmesi sağlanmıştır.

Due to the advancing technology, threat and defense technology competition has emerged in the defense industry. Various threats target armored vehicles which used in battlefield and residential areas. Active Protection Systems (APS) are developed to provide situational awareness of armored personnel carriers and tanks in the battlefields and to increase their survivability. APS detects the threat coming from outside and takes measures to protect the platform which it defends. Threats can be unguided rockets or anti-tank guided missiles. APS's launcher mechanisms are designed as systems that can provide 360 ° protection on the platform where it is located. APSs must be able to respond to threats at high speeds in the shortest reaction time. Therefore, these systems are preferred in gimbal structures with two degrees of freedom. The payload of the gimbal is the launchers used as an ammunition carrier. In this study, a gimbal design with 2 degrees of freedom was made to work as an APS ammunition launcher. Direction of the azimuth axis of the gimbal active protection system to the desired positions in a short time has been considered as an control problem and studies have been done. In this context, the axes of a gimbal APS are defined and the equations of motion according to these axes are extracted. Using the Lagrange-Euler method, the dynamic equations of the gimbal are obtained. System model was created in MATLAB-SIMULINK by using mathematical equations of Gimbal system. Cascade Adaptive Fuzzy Logic PID controller and Cascade Conventional PID controller algorithms are designed to control the system. Then both the simulation and the real-time control were controlled by both control algorithms. Position control of outer gimbal in the APS was performed at between 0 and 180 degree where APS will react at the latest. Controllers were operated at the angle values between these two positions and their performance was compared. In this context, the position control of outer gimbal in the APS has been improved with the designed control system algorithms.