Genlik doyumlu eyleyicilere sahip sabit kanatlı hava araçları için IQC tabanlı h-sonsuz kontrolör tasarımı
IQC-based h-infinity controller design for fixed wing aircraft having magnitude saturated actuators
Yazar: ŞÜKRÜ AYYILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. HAKAN YAZICI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Belirsizlik analizleri = Uncertainty analysis ; Doğrusal matris eşitsizlikleri = Linear matrix inequalities ; Genlik = Amplitude ; Uçuş dinamiği = Flight dynamics

Özet:
Bu yüksek lisans tezi, kontrol girişi olarak genlik doyumlu bir eyleyiciye sahip bir uçağın boylamsal uçuş dinamiğinin bozucu bastırma problemi için doğrusal-karesel denetleyici (LQR) tabanlı bir durum-geri beslemeli kontrolör, değişmez elipsoit tabanlı bir durum-geri beslemeli H-sonsuz kontrolör ve IQC tabanlı bir durum-geri beslemeli H-sonsuz kontrolör sunmaktadır. Özgün olarak tasarlanan IQC tabanlı durum-geri beslemeli H-sonsuz kontrolör, eyleyici genliği doyumunu bir norm-sınırlı belirsiz geri besleme elemanı olarak genel sistemden ayıran bir sentez yöntemine dayanmakta olup bu belirsiz elemanın giriş ile çıkış sinyalleri arasındaki ilişki ise bir tümleşik karesel kısıt (IQC) olarak formüle edilmiş sektör-sınırlı bir koşul olarak tanımlanmıştır. Daha sonra, bu norm-sınırlı belirsiz operatör ile bozucu girişlerden performans çıktılarına doğru indüklenmiş L2 kazancı (H-sonsuz normu) olarak tanımlanan sistemin performansı arasındaki ilişkiyi elde etmek için S-Prosedürü yardımcı teoremi kullanılmıştır. Bu bozucu bastırma problemini çözmek amacı ile, kapalı çevrim sisteminin H-sonsuz normunu en aza indiren bir durum geri besleme kazancı elde etmek için bir doğrusal bir matris eşitsizliği (LMI) koşulu elde edilmiştir. Son olarak, önerilen kontrolörün performansı, atmosferik bozuculara maruz kalan bir genel havacılık (GA) uçağının kapsamlı sayısal benzetim çalışmaları ile gösterilmiştir.

Abstract:
This MSc thesis proposes a linear-quadratic regulator (LQR) based state-feedback controller, an invariant ellipsoid-based state-feedback H-infinity controller and an IQC-based state-feedback H-infinity controller for disturbance attenuation problem of the longitudinal flight dynamics of an airplane having a magnitude saturated actuator as the control input. The uniquely designed IQC-based state-feedback H-infinity controller relies on a synthesis method that separates the controller saturation from the general plant as a norm-bounded uncertain feedback element and defines the input-output behavior of this element as a sector-bounded condition formulated as an integral quadratic constraint (IQC). Then, S-procedure lemma is used to obtain the relationship between this norm-bounded uncertain operator and the performance of the system defined as induced L2 gain (H-infinity norm) from the disturbance inputs to the performance outputs. To solve this disturbance attenuation problem, a linear matrix inequality (LMI) condition is derived to obtain a state-feedback gain that minimizes the H-infinity norm of the closed loop system. Finally, performance of the proposed controller is demonstrated by extensive simulations of a general aviation (GA) airplane subjected to atmospheric disturbances.