Fiberoptik jiroskoplar için kapalı döngü kontrol sisteminin geliştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında açısal hız ve yönde meydana gelen değişimleri doğru ve hassas bir şekilde ölçebilmek amacıyla fiberoptik jiroskop tasarımı gerçekleştirilmiştir. Çalışmaya açık döngü fiberoptik jiroskop yapısını analiz edilerek başlanmıştır ve sonrasında kapalı döngü fiberoptik jiroskop tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan fiberoptik jiroskobun açısal yön değişimi sonucu geri besleme döngüsünde meydana gelen hata işareti PID kontrolcü yardımıyla kompanze edilmiştir. Fiberoptik jiroskobun geri besleme döngüsünü yapılandırırken PID kontrolcü katsayılarını belirlenme aşamasında ilk defa yerçekimi arama algoritmasından faydalanılmıştır. Yerçekimi arama algoritması için iterasyon sayısının belirlenmesinden sonra geri besleme döngüsünde meydana gelen hata işareti incelenmiştir. 0.05 rad/s'lik basamaklı açısal hız değişiminin neden olduğu hata işaretinin sıfır faz dengesine ulaşma süresi yaklaşık olarak 1 ms olmuştur. Ayrıca sistemden ölçülen açısal hızın, sisteme uygulanan açısal hızı başarıyla takip ettiği görülmüştür. Sistem durağan haldeyken ölçümü yapılan kararlılık testi sonucunun 8.8·10-6 rad/s'nin altında olduğu belirlenmiştir. Yapılan tüm tasarım ve simülasyon çalışmaları ile PID kontrolcü ile kontrol edilen kapalı döngü fiberoptik jiroskobun yüksek tepki ve hassas ölçüm kabiliyetinde olduğu değerlendirilmiştir.

In this thesis, a fiberoptic gyroscope design was performed in order to accurately and precisely measure the changes in angular velocity and direction. The study was started by analyzing the open loop fiberoptic gyroscope structure, and then the closed loop fiberoptic gyroscope design was realized. The error signal which occurs in the feedback loop of the designed fiberoptic gyroscope in consequence of the angular deflection was compensated with the help of PID controller. In the determination process of the coefficients of the PID controller to configure the feedback loop of fiberoptic gyroscope, gravity search algorithm has been used for the first time. After determining the number of iterations for the gravity search algorithm, the error signal occurring in the feedback loop was examined. It takes approximately 1 ms for the error signal caused by angular velocity change with the step of 0.05 rad/s to reach zero phase equilibrium. In addition, it is observed that the angular velocity measured from the system follows the angular velocity applied to the system successfully. It has been observed that the result of zero-bias stability, which was measured while the system is stationary, is below 8.8·10-6 rad/s. In the result of all design and simulation studies, it has been seen that the closed loop fiberoptic gyroscope controlled by the PID controller has high response and precise measurement capability.