İki serbestlik dereceli hareketli anten platformları için geri beslemeli denetleyici tasarımı ve simülasyonu
Design and simulation of a feedback controller for two degrees of freedom mobile antenna platforms
Yazar: ÜMİT AĞLAR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA BURUNKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Doğrusal olmayan kontrol = Nonlinear control ; Doğrusal olmayan kontrol teorisi = Nonlinear control theory ; Geri beslemeli kontrol = Feedback control ; Otonom ve kontrol = Autonomous  and controlled ; PD kontrol = PD control

Özet:
Bu tez çalışmasında insansız hava araçları (İHA), zırhlı araçlar ve gemiler gibi çeşitli mobil platformlarda yaygın olarak kullanılan pan tilt platformlarının (PTP) zırhlı kara araçlarında kullanılması ve böylece kara taşıtlarına entegre edilerek, bu araçlar ile uydu arasında kesintisiz mobil iletişim sağlanabilmesi için pozisyon ve stabilizasyon yeteneklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Pan ekseni için durum geri besleme kontrolü ve integral eylemi uygulanmış, tilt ekseni için ise geri besleme doğrusallaştırma metoduyla sistem dinamikleri doğrusallaştırılarak Oransal-Türev (PD) kontrol stratejisi kullanılmıştır. Ayrıca, pan ekseni için Luenberger ve Kalman Durum Gözlemcileri kullanılarak, sistem ve ölçüm gürültüsü, ölçülemeyen durumlar ve modelleme kesinliğindeki belirsizlikler dikkate alınarak denetleyici tasarlanmıştır. Bu gözlemciler, gürültülü ortamlarda sistem çıkışını etkili bir şekilde filtreleyerek çıkış sinyalini iyileştirmiş ve bu sayede değişkenlerin daha hassas tahmin edilmesine olanak tanıyarak sensör ihtiyacını azaltmış ve maliyet avantajı sağlamıştır. MATLAB/Simulink ile yapılan simülasyonlar, pan ekseni için 'DGBD ile İntegral Eylem ve Kalman Durum Gözlemci' denetleyicisinin kararlı durum hatasını 0,0064'e, yerleşme süresini 0,58 saniyeye düşürdüğünü ve aşma oranını %2,53'e indirdiğini doğrulamıştır. Tilt ekseni için geri besleme doğrusallaştırma denetleyicisi, kararlı durum hatasını 0,00005'e düşürerek aşım oranını %4'e indirmiş ve yerleşme süresini 1,3809 saniye olarak belirlemiştir. Bu bulgular, gerçekleştirilen PTP'nin, referans takibinde kullanılan dinamik modellerin ve denetleyici tasarımlarının etkinliğini göstermektedir.

Abstract:
This thesis aims to enhance the position and stabilization capabilities of pan-tilt platforms (PTPs), which are commonly used on various mobile platforms such as unmanned aerial vehicles (UAVs), armored vehicles, and ships, for integration into armored ground vehicles. By integrating these platforms into ground vehicles, the goal is to achieve uninterrupted mobile communication between these vehicles and satellites. For the pan axis, state feedback control with integral action was implemented, while for the tilt axis, system dynamics were linearized using the feedback linearization method, and a Proportional-Derivative (PD) control strategy was employed. Additionally, Luenberger and Kalman State Observers were used for the pan axis to design a controller that takes into account system and measurement noise, unmeasurable states, and uncertainties in model accuracy. These observers effectively filtered the system output in noisy environments, improving the output signal and allowing for more accurate estimation of variables, thereby reducing the need for sensors and providing a cost advantage. Simulations conducted in MATLAB/Simulink confirmed that the 'State Feedback with Integral Action and Kalman State Observer' controller for the pan axis reduced the steady-state error to 0.0064, the settling time to 0.58 seconds, and the overshoot rate to 2.53%. For the tilt axis, the feedback linearization controller reduced the steady-state error to 0.00005, reduced the overshoot rate to 4%, and set the settling time to 1.3809 seconds. These findings demonstrate the effectiveness of the developed PTP, the dynamic models used for reference tracking, and the controller designs.