Küçük ölçekli insansız helikopter dinamiğinde kaosun incelenmesi ve kontrolü
Investigation and control of chaos in small-scale unmanned helicopter dynamics
Yazar: AHMET ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. HAYDAR LİVATYALI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Aviyonik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Helikopter = Helicopter ; Kaos denetimi = Chaos control ; Kaos yöntemi = Chaos method ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Küçük ölçekli helikopterin karmaşık mekanik yapısı ve yüksek düzeyde nonlineerliği açık döngü kontrolü altında istenmeyen salınımlar yaparak kolayca kararsız dinamik davranışlar sergilemesine neden olmaktadır. Özellikle yüksek ana rotor hızına ve hafif ağırlığa sahip olması rüzgâr gibi dış bozulmalara karşı helikopteri oldukça hassas hale getirerek gövdenin şiddetli bir şekilde sallanmasına ve bazen de açısal hız dinamiğinde kaos üretmesine neden olmaktadır. Bu bağlamda bu tezde helikopter havada asılı kalma modu açısal hız (HHAKMAH) dinamik modeli kaosu tespit etme yöntemleri kullanılarak analiz edilmiş ve kaos tespit edilmiştir. Sistemin farklı başlangıç koşullarında ve çeşitli parametre değerlerinde dinamik davranışının nasıl değişeceği gösterilmiştir. Kaotik çekiciler ile kararlı sabit nokta çekicisinin sistemde bir arada bulunduğu (multistability) tespit edilmiştir. Çeşitli değerlerde çekim havzaları oluşturularak sistemin gizli kaotik çekim setleri bulunmuştur. Ayrıca HHAKMAH dinamik modelinin zaman gecikmeli modeli oluşturularak helikopterin çalışma esnasında meydana gelmesi muhtemel zaman gecikmelerinde kaos incelenmiştir. Düşük zaman gecikmelerinde meydana gelen kaotik çekici ile zaman gecikmesiz modelin kaotik çekicilerinin benzer dinamik özellik gösterdiği tespit edilirken, büyük zaman gecikmelerinde sistemin kaotik çekicisinin tamamen değişerek yeni bir kaotik çekici meydana geldiği tespit edilmiştir. Son olarak helikopterin açısal hızlarının kontrolü için normal çalışma modunda tasarlanan kontrolcülerin kaotik çalışma modunda sistemin kaotik çekicilerini stabilize edemedikleri tespit edilirken kaotik çalışma modunda tasarlanan kontrolcülerin hem kaotik çekicileri stabilize edebildikleri hem de normal çalışma modunda iyi bir şekilde çalıştıkları tespit edilmiştir.

Abstract:
The complex mechanical structure and high nonlinearity of the small-scale helicopter cause undesirable oscillations under open-loop control and easily exhibit unstable dynamic behaviors. Especially having high main rotor speed and light body weight makes the helicopter very sensitive to external disturbances such as wind effect, causing the body to swing violently and sometimes to produce chaos in angular velocity dynamics. In this context, a helicopter hover mode angular velocity dynamic model is analyzed using chaos detection methods, and chaos is detected in this thesis. It is shown how the dynamic behavior of the system will change under different initial conditions and various parameter values. It has been determined that chaotic attractors and stable fixed-point attractors coexist (multistability) in the system. The hidden chaotic attraction sets of the system were found by creating basin of attractions at various values. In addition, the time delay model of the helicopter hover mode angular velocity dynamic model is created and the chaos in the possible time delays that may occur during the operation of the helicopter is investigated. It has been determined that the chaotic attractor that occurs at small time delays and the chaotic attractors of the model without time delay have similar dynamic properties. However, it has been determined that at large time delays, the chaotic attractor of the system changes completely and a new chaotic attractor occurs. Finally, it has been determined that the controllers designed in the normal operating mode for the control of the angular velocity of the helicopter cannot stabilize the chaotic attractors of the system in the chaotic operating mode, while the controllers designed in the chaotic operating mode can both stabilize the chaotic attractors and work well in the normal operating mode.