İtki vektör kontrol sistemlerinde lüle konumunun görüntü işleme yöntemleriyle doğrulanması
Verification of the nozzle position in thrust vector control systems with image processing methods
Yazar: AHMET FURKAN YALDIZ
Danışman: DOÇ. DR. MURAT CEYLAN
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Eşik değer dinamikleri = Threshold dynamics ; Görüntü işleme yöntemleri = Image processing methods ; Vektör kontrol yöntemleri = Vector control methods ; Çözünürlük = Solubility ; Üçgenleşme = Triangulation

Özet:
İtki vektör kontrol (İVK) sistemi, araçların itki yönünü değiştiren bir kontrol sistemidir. Füze yönlendirmesindeki geleneksel metotlar, aerodinamik yüzeyleri kullandıkları için atmosfer dışı uygulamalarda kullanılamazlar ve bu yüzden İVK sistemlerine ihtiyaç duyulur. İVK sistemleri genellikle iki lineer eyleyici ile lüle hareketini sağlar. Eyleyici sensörleri ile lülenin kaç derece hareket ettiği bulunur. Ancak bu hareketi ölçebilmek için bir referans noktasına ihtiyaç vardır. Bu referans noktasının bulunması, pahalı mekanik parçalar ve sensörler gerektirmektedir. Ayrıca ilk konum belirlendikten sonra lüle pozisyon sensörlerinin doğrulanması gerekmektedir. Tez çalışmasında, söz konusu ihtiyaçlar göz önünde bulundurularak bir sistem önerilmiştir. Bu sistemde, stereo görüşe sahip Zed kamera ile derinlik tahmini yapılarak lülenin mutlak açısı ölçülür. Derinlik tahmini için kamera kalibrasyonunun yanı sıra görüntü düzleştirme ve basit üçgenleme yöntemleri kullanılmıştır. Hassas derinlik ölçümü için Aruco işaretleyicileri tercih edilmiştir. İVK sistemi ölçümünde mesafenin artmasıyla azalan çözünürlük, süper çözünürlük yöntemleri ile artırılmıştır. Artan çözünürlükteki oluşan bozulmalar ise adaptif eşik değeri ile düzeltilerek hassas bir şekilde derinlik hesabı yapılmıştır. Test sonuçlarına göre 700 mm'ye kadar olan mesafelerden alınan ölçümlerdeki derinlik hatalarının 1 mm'nin altında, standart sapma değerlerinin ise 0.1 mm altında olduğu görülmüştür. İVK sistemindeki düzlemler hassas derinlik ölçümleri yapılarak, en küçük kareler yöntemi ile elde edilmiştir. Düzlemler arasındaki açı, trigonometrik formüller yardımıyla hesaplanmıştır. Bulunan lüle açısı, eyleyici eksenlerine (sapma ve yunuslama) ayrılmıştır ve bu açılar eyleyici sensörlerinden alınan veriler ile karşılaştırıldığında maksimum hatanın 0.1642° olduğu bulunmuştur. Tez çalışması sonucunda gerçekleştirilen ve benzerlerine göre oldukça düşük bir maliyete sahip olan bu uygulamanın doğrulama testlerinde kullanılması ve bulunan referans noktasına göre mutlak lüle konumu belirlenmesi halinde işlem zamanının ve iş gücünün azaltılabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
The thrust vector control (TCV) system is a control system that changes the thrust direction of vehicles. Conventional methods of missile guidance cannot be used in non-atmospheric applications because they use aerodynamic surfaces, thus TCV systems are needed. TCV systems generally provide nozzle movement with two linear actuators. With the actuator sensors, it is found how many degrees the nozzle moves. However, a reference point is needed to measure this movement. Finding this reference point requires expensive mechanical parts and sensors. In addition, after the initial position is determined, the nozzle position sensors must be verified. In the thesis study, a system has been proposed considering these needs. In this system, the absolute angle of the nozzle is measured by estimating the depth with a Zed camera with stereo vision. For depth estimation, image rectifying and simple triangulation methods were used as well as camera calibration. Aruco markers are preferred for precise depth measurement. The resolution, which decreases with increasing distance in TCV system measurement, is increased by super resolution methods. The distortions in increasing resolution were corrected with the adaptive threshold value, and a precise depth calculation was made. According to the test results, it was observed that the depth errors in the measurements taken from distances up to 700 mm were below 1 mm and the standard deviation values were below 0.1 mm. The planes in the TCV system were obtained by using the least squares method by making precise depth measurements. The angle between the planes was calculated with the help of trigonometric formulas. The nozzle angle found was divided into the actuator axes (yaw and pitch) and when these angles were compared with the data from the actuator sensors, the maximum error was found to be 0.1642°. It is envisaged that this application, which was realized as a result of the thesis study and has a very low cost compared to its counterparts, is used in verification tests and the operation time and labor force can be reduced if the absolute nozzle position is determined according to the reference point found.