Durum bağımlı Riccati denklemi tabanlı model referans uyarlamalı kontrolcü tasarımı ve üç serbestlik dereceli helikopter uygulaması
State dependent Riccati equation based model reference adaptive controller design and application to three degree of freedom helicopter
Yazar: BEDRETTİN MAHMUT KOCAGİL
Danışman: PROF. DR. METİN UYMAZ SALAMCİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Doğrusal olmayan sistemler genellikle doğrusal olmayan matematiksel modellerin doğrusallaştırılmasıyla elde edilen denklemler kullanılarak kontrol edilirler. Doğrusallaştırma, kontrolcü tasarımında kolaylık sağlar ancak sistemi gerçek sistem davranışlarından uzaklaştırır. Bu yaklaşım, doğrusal olmayan sistemler için tasarlanan model referans uyarlamalı kontrolde (MRUK) genellikle referans model için tercih edilmektedir. Mikro-işlemci hızlarının gelişim göstermesi, doğrusal olmayan kontrolcü tasarımlarının gerçek zamanlı uygulamalarını teşvik etmektedir. Bu tez kapsamında, referans model olarak doğrusal olmayan bir sistem seçilerek MRUK yöntemi kullanılmış ve bu yöntemle üç serbestlik dereceli helikopter deney düzeneği gerçek zamanlı kontrol edilmiştir. Öncelikle doğrusal olmayan helikopter modelinin dinamik modeli elde edilmiştir. Doğrusal olmayan sistem için komut takibi yapabilen kontrolcü, durum bağımlı Riccati denklemi (DBRD) yöntemiyle benzetim tabanlı tasarlanmıştır. Daha sonra bu kontrol sisteminin cevabını takip edebilen MRUK kontrolcüsü tasarlanmıştır. Kontrolcüler tasarlandıktan sonra, benzetim tabanlı ve deneysel çalışmalar üç farklı örnekleme frekansı kullanılarak aynı şartlar altında yapılmıştır. Deneysel çalışma sonuçları DBRD tabanlı MRUK kullanıldığında sistemin geçici rejim cevabının doğrusal referans model kullanılarak yapılan çalışmalara göre gerçek sistem cevabına daha yakın olduğunu göstermiştir. Ayrıca gerçekleştirilen gürbüz kontrol tasarımı helikopterin ağırlık değişimini de başarılı bir şekilde tolere edebilmektedir.

Abstract:
Nonlinear systems are usually controlled by linearization of nonlinear mathematical models using the obtained equations. Linearization provides simplicity in controller design, but keeps the system away from the real system behavior. This approach is generally preferred for the reference model in the model reference adaptive control (MRAC) designed for nonlinear systems. The development of microprocessor speeds promotes the real-time applications of nonlinear controller designs. In this thesis, MRAC method was used by choosing a nonlinear system as the reference model and the three degree of freedom helicopter test system was controlled in real time with this method. Firstly, the dynamic model of the nonlinear helicopter model was obtained. The controller which is capable to command following was designed by simulating for the nonlinear system using the state-dependent Riccati equation (SDRE) method. Then, MRAC controller which is able to track the response of the control system was designed. After designing the controllers, the simulated and experimental studies were performed using three different sampling frequencies under the same conditions. Experimental study results showed that in studies which use SDRE based MRAC, transient response of the system is closer to the real system response compared to those of the linear reference model. In addition, robust control design that was performed can tolerate the change of helicopter weights successfully.