Simülatör için hareket algı algoritması geliştirilmesi
Development of motion cueing algorithm for the simulator
Yazar: BERKAY VOLKANER
Danışman: DOÇ. DR. VASFİ EMRE ÖMÜRLÜ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Pilotların gerçek uçuş denemeleri, maliyetli ve riskli olmaktadır. Bu dezavantajları ortadan kaldırmak ve güvenli bir uçuş eğitimi verilebilmesi için uçuş simülatörleri kullanılmaktadır. Kullanılan taşıt ve şartlara göre farklı tipte simülatörler vardır. Bunlar seri veya paralel robot sistemleridir. Simülatör kullanımında amaç, görsel ortamda gerçekleşen uçuş senaryosunun, simülatörü kullanan pilotun üzerinde gerçekçi bir şekilde hissettirilmesini sağlamaktır. Bunu yapabilmek için, klasik yöntemlerle beraber insan algısını içeren kontrol yapılarına sahip yazılımlar da kullanılmaktadır.
Sürüş ve uçuş simülatörleri sürücünün hissiyatı ile ilgili çalışmalar açısından kullanışlıdır. Bu nedenle, üniversiteler ve endüstriyel laboratuvarlar yeni nesil prototipler ve araç dinamiği modelleri için araştırmalar yapmaktadırlar. Trafik kazalarındaki artış birçok kamu kuruluşunu yollardaki güvenliği arttırmak amacı ile farklı taşımacılık ve araç tasarımı yapmaları için teşvik etmiştir ve sürüş simülatörleri sürüş anında insan davranışının nasıl olduğunu gerçeğe yakın bir şekilde daha iyi anlamamızı sağlayan önemli unsurlardandır. Benzer şekilde, daha yüksek bir risk unsuru taşıyan havacılık için de uçuş simülatörleri pilot eğitimleri için vazgeçilmez bir ihtiyaç haline gelmeye başlamıştır. Havacılık sektöründeki firmalar bu konudaki tasarım ve Ar-Ge çalışmalarını yoğunlaştırmışlardır. Sanal sürüşün mümkün olduğu kadar gerçek sürüşe yakın olması için simülatörün ses, sanal görsellik, kabin yapısı, dış ortamdan soyutlaştırma ve eylemsizlik etkileri ile donatılması gerekmektedir. Bu nedenle simülatör içerisindeki pilot hislerini gerçekte algılanan hisler ile en iyi şekilde benzetim yapabilecek şekilde yeniden oluşturabilmek için mobil platformlar ekranlar ile birleştirilmiştir ki bu da performansı arttırmaya ve sanal ortamı daha geniş bir şekilde gerçekleştirmeye olanak sağlamaktadır.
Bu projede imalatı yapılan ve gerçek standartlara uygun şekilde hazırlanan uçuş simülatörü için hareket algı yazılımı (HAY) oluşturulmuştur. Yazılım olarak klasik ve model öngörülü hareket algı algoritması oluşturulmuştur. Model öngörülü algoritma için insan iç kulak sistemine, diğer adıyla vestibüler sistem'e (VS) ait matematiksel denklemler kullanılmıştır. İyileştirme yöntemi olarak Hildreth'in kuadratik programlama çözücüsü kullanılmıştır. Oluşturulan modeller simülatörle birleştirilip pilotlar aracılığı ile deneysel çalışma yapılmıştır. Her iki algoritma için de karşılaştırmalar yapılmıştır.

Abstract:
Flight experience of pilots are very costly and risky. Due to these reasons, simulators are widely using in flight trainings. There are many different kind of platforms, as like parallel and serial robot, according to vehicle and environment conditions. The first goal of using simulators are making feel the virtual flight on pilots perception. In order to realize, apart from the conventional methods, also different control algorithms including human perception are widely used.
Flight and driving simulators are widely using in studies on the pilot's perception. Therefore, universities and industrial laboratories are required to research for a new generation of prototypes and vehicle dynamic models. The increase of traffic accidents is encouraged many public organizations to make a difference in the transport technology and vehicle design with the aim to improve road safety and so, driving simulators are big elements in determine driver behaviors realistically during driving. Similarly, due to the higher risk factor in aviation, the flight simulators are become indispensable need for pilot training. Companies in the aviation sector have increased their design and R & D works in this regard. To be similar with the real flight, simulators must be equipped with the well designed sound, virtual reality, cabinet structure, seperate from external environment and inertial effects. For this case, in order to rebuild the best simulation with pilot perception in simulator to real time flight, screens are combined together with the platform and so, this case improves the flight performance and using the virtual space in the larger workspace area.
In this project, classical and model predictive controlled motion cueing algorithm are designed. Human vestibular system matematical model is used for theorical model in model predictive control. Hildreth's Quadratic Programmer solver is used in order to solve the cost function of model predictive controller. These models were combined with simulator and tested with pilots. Experimental results compared between both two algorithms.