Deniz araçları için iki eksenli bir görüş hattı stabilizasyon sistemi tasarımı
Design of a two axis line of sight stabilization system for vessels
Yazar: MELİH SARP
Danışman: DOÇ. DR. NECMİ ALTIN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Görüş hattı stabilizasyonuna sahip hareketli platform sistemleri, platform zeminindeki açısal titreşimlerin, platform sistemine bağlanan görüş veya lazer sistemlerinin görüş eksenlerine taşınmasını engelleyerek, durağan bir görüntü elde edilmesini veya durağan bir işaretleme yapılmasını sağlamaktadır. Bu çalışmada, deniz taşıtlarında kullanılabilecek ve düşük frekanslı bozunumlara maruz kalabilecek iki eksen hareketli platform sistemi tasarlanmıştır. Bu sistemlerde hareket sağlayıcı olarak sıklıkla kullanılan doğrudan sürüşlü DA tork motoru yerine çıkışına harmonik sürüşlü dişli sistemi bağlı olan fırçasız doğru akım motoru ele alınmıştır. Harmonik sürüşlü dişli sistemi gerekli stabilizasyon hassasiyetinin elde edilmesi için yeterli olduğundan, yüksek frekanslı bozunumlar altında ihtiyaç duyulan ve yüksek tork ihtiyacından dolayı oldukça büyük hacimli ve ağır olan doğrudan sürüşlü DA motorlara gerek kalmamıştır. Bu çalışmada öncelikli olarak hareketli platform sisteminin bağlı olduğu zeminin açısal hareketleri göz onunda bulundurularak açısal hız ve tork ilişkisi elde edilmiştir. Daha sonra yükseliş ekseni ve yan eksen etrafındaki hareketlerin birbiri üzerinde oluşturdukları tork bozunumlarından kaynaklanan çapraz bağlaşım etkisi hesaplanmıştır. Sonuç olarak, fırçasız doğru akım motorunun matematiksel modeli ve vektör kontrol yöntemi kullanılarak her bir eksen için stabilizasyon kontrol döngüsü tasarlanmıştır. Tasarlanan sistemin bir bütün olarak MATLAB/Simulink modeli oluşturularak yapılan benzetim çalışmaları ile sistem performansı test edilmiştir. Benzetim sonuçları, harmonik sürüşlü dişli sistemine sahip bir stabilizasyonlu platformunun, deniz araçları için görüş hattı stabilizasyonunun sağlanması konusunda başarılı olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
By preventing the angular vibrations of the platform from being carried on to the axes of the attached imaging or laser systems, line of sight stabilization allows both a stable image to be obtained and a stable marker to be created. In this study, a two axis gimbal system that can be used in vessels and can be subjected to low frequency disturbances was designed. Instead of using direct drive DC torque motors which are usually used as an actuator in these kinds of systems, a brushless DC motor with an output connected to a harmonic drive gear was considered. Because a harmonic drive gear system is enough to provide the required stabilization precision, there is no need for large and heavy direct drive DC motors which are necessary under high frequency disturbances. In this paper, first an agular velocity and torque relationship was derived based on the angular motions of the foundation that the motion platform was connected to. Subsequently, the cross coupling effect caused by the torque disturbances that motion in the elevation and azmuth axes create on each other were calculated. Finally, a stabilization loop was designed for each axis using the vector control method and the brushless DC motor's mathematical model. The MATLAB/Simulink model of the resultant system was obtained and performance of designed system was tested through simulation studies. Simulation results show that a stabilized platform which has a harmonic drive gear can be successful in providing line of sight stabilization for vessels.