Tek serbestlik dereceli helikopter sisteminin bulanık mantık tabanlı kontrolü
Fuzzy logic based control of a one-degree of helicopter system
Yazar: MEHMET AKİF MACİT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ ÜNLÜTÜRK
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bulanık mantık = Fuzzy logic ; Doğru akım motorları = Direct current motors ; Helikopter = Helicopter ; PID denetleme = PID control

Özet:
Bu tez çalışmasında, havacılık sektöründe sıklıkla kullanılan İnsansız Hava Araçlarının (İHA) dengede kalabilmesi için gerekli olan uçuş dinamiklerinin anlaşılabilmesi ve geliştirilebilmesi için Tek Serbestlik Dereceli Helikopter (TSDH) sistemi tasarlanmıştır. İlk olarak TSDH sisteminin matematiksel modelinin analizleri yapılmıştır. Bunun sonucunda Üç Boyutlu (3D) çizim programı olan SolidWorks üzerinde prototip bir model oluşturulmuştur. Daha sonra geliştirilen bu model gerçek zamanlı olarak inşa edilmiştir. TSDH sisteminde kullanılan ekipmanlar sistem dinamiklerine göre seçilmiştir. TSDH sisteminde fiziksel yapı olarak denge kolu mevcuttur. Bu denge kolu üzerine yerleştirilen Fırçasız Doğru Akım Motoru (FSDAM) sayesinde dikey kalkış ve iniş yapabilmektedir. Gerçekleştirilen çalışmada, denge kolunun eğim açısı hareketinin Mamdani tipi Bulanık Mantık Tabanlı (BMT) denetleyici ile kontrol edilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca sistemde Oransal (P), Oransal-İntegral (PI), Oransal Türev (PD) ve Oransal-İntegral-Türev (PID) gibi farklı klasik denetleyici yapıları da kullanılmıştır. Mamdani tipi BMT denetleyici ile klasik denetleyici (P, PI, PD ve PID) performanslarının TSDH sistemine etkisi gerçek zamanlı olarak elde edilen veri grafikleri üzerinden karşılaştırılmıştır. Farklı denetleyici parametrelerinin performanslarının karşılaştırabilmesi için Mutlak Hatanın Toplamı (IAE), Hata Karelerinin Toplamı (ISE), Zaman Ağırlıklı Hata Karelerinin Toplamı (ITSE) ve Zaman Ağırlıklı Mutlak Hatanın Toplamı (ITAE) gibi kriterler değerlendirilmiştir. TSDH sistemi üzerinde uygulanan kontrolör performansları kıyaslandığında Mamdani tipi BMT denetleyicinin klasik denetleyicilerden daha iyi olduğu deneysel sonuçlarla gösterilmiştir.

Abstract:
In this thesis, a Single Degree of Freedom Helicopter (TSDH) system has been designed in order to understand and develop the flight dynamics necessary for the stability of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), which are frequently used in the aviation industry. First, the mathematical model of the TSDH system was analyzed. As a result, a prototype model was created on SolidWorks, a three-dimensional (3D) drawing program. This model, which was developed later, was built in real time. The equipment used in the TSDH system has been selected according to the system dynamics. In the TSDH system, there is a balance arm as a physical structure. Thanks to the Brushless Direct Current Motor (FSDAM) placed on this balance arm, it can take off and land vertically. In this study, it is aimed to control the tilt angle motion of the balance arm with a Mamdani type Fuzzy Logic Based (BMT) controller. In addition, different classical controller structures such as Proportional (P), Proportional-Integral (PI), Proportional Derivative (PD) and Proportional-Integral-Derivative (PID) are also used in the system. The effects of Mamdani type BMT controller and classical controller (P, PI, PD and PID) performances on the TSDH system were compared via data graphics obtained in real time. In order to compare the performances of different controller parameters, criteria such as Sum of Absolute Error (IAE), Sum of Error Squares (ISE), Sum of Time Weighted Error Squares (ITSE) and Time Weighted Absolute Error (ITAE) were evaluated. When the controller performances applied on the TSDH system are compared, it has been shown by the experimental results that the Mamdani type BMT controller is better than the classical controllers.