Küp uydunun yeni nesil bulanık mantık yöntemiyle işbirliksiz hedefe yönlendirilmesi ve kenetlenmesi
Attitude and docking the cube satellite to the non-cooperative target with the new generation fuzzy logic method
Yazar: ONUR SİLAHTAR
Danışman: DOÇ. DR. ÖZKAN ATAN
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Küp uydu = Cubesat ; Sezgisel belirtisiz kümeler = Intuitionistic fuzzy sets ; Sezgisel bulanık mantık = Intuitive fuzzy logic

Özet:
Son dönemlerde uzay çalışmaları alanında küp uydu projelerinin sayısı ve popülerliği gittikçe artmaktadır. Özellikle düşük maliyetli, kolay tasarlanabilir ve büyük uyduların yapabileceği bazı görevleri yerine getirebilmesi sebebiyle her geçen gün yeni çalışmalar yapılarak tasarlanan ve üretilen küp uydular gittikçe nitelikli hale gelmektedir. Küp uyduların uzayda senkron çalışabilmesi veya büyük uydulara kenetlenebilmesi fikrine dayanan yönelme ve kenetlenme operasyonları da önem kazanır hale gelmektedir. Bu tez çalışmasında, bir servis ve hedef uydusunun yönelme hareketi kapsamında ve uygun parametre değerleri altında kaotik bir hareket yapabildiği teorik olarak ispatlanmaya çalışılmıştır. Ardından kaotik senkronizasyon tekniği kullanarak "bulanık kayan kipli kontrolcü (fuzzy sliding mode controller) (FSMC)" ve "sezgisel bulanık kayan kipli kontrolcü (intuitionistic fuzzy sliding mode controller) (IFSMC)" tasarlanarak iki farklı kontrolcüye ait sistemlerin simülasyonu yapılmıştır. Simülasyon sonuçları alındıktan sonra ulaşılan teorik bilgiler ışığında bir deney seti ve küp uydu tasarlanıp üretimi yapılmıştır. Ardından servis uydusu olarak bilinen kovalayıcı bir uydunun, hedef uydusu olarak bilinen işbirliksiz bir uyduya yönelim operasyonu 2 eksen üzerinde simule edilmiştir. Bunun için deney düzeneği olarak "Jiroskop Deney Seti" kullanılmış ve bir adet servis uydusu prototipi entegre edilmiştir. Hareketini 2 adet fırçasız DC motora bağlı reaksiyon tekerleri vasıtasıyla sağlayacak olan servis uydusunun, öncelikle iskeletinin tasarımı 3D çizim programında yapılarak 3 boyutlu yazıcı vasıtasıyla üretilmiştir. Ardından tasarlanan güç devresi ve mikrodenetleyici olarak kullanılan "Raspberrypi" kartının, motorlara entegrasyonu gerçekleştirildikten sonra kontrol aşamasına geçilmiştir. Bu aşamada, öncelikle servis uydusunun ön kısmına yerleştirilen bir mini kamera vasıtasıyla görüntüler alınarak görüntü işleme algoritmaları tasarlanmıştır. Mini kameranın göreceği görüntü iki boyutlu olduğu için ve servis uydusu da iki eksende hareket edeceği için hedef uyduyu taklit edecek bir kare düzlemin kullanılması yeterli olmuştur. Bu kare düzlem, mavi renge boyanarak servis uydusunun gördüğü görüntüdeki mavi renkli kare düzlemin orta noktasını tespit edip konum bilgisini çıktı olarak verme fikri, görüntü işleme algoritmasının temelini oluşturmuştur. Ardından bu konum bilgileri kontrolcü bloklarına gönderilerek servis uydusunu, hedef uydusunun tam karşısında konumlandıracak motor hızlarını üretecek kontrol algoritmaları kullanılmıştır. Bunun için bulanık mantık temelli "bulanık kontrolcü" ve "sezgisel bulanık kontrolcü" tarafından denetlenen iki adet sistem oluşturularak tüm sistem, gerçek zamanlı olarak hareketlendirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda her iki kontrolcünün sistem üzerindeki etkileri gözlenerek avantaj ve dezavantajları mukayese edilmiştir.

Abstract:
Recently, the number and popularity of cube satellite projects in the field of space studies has been increasing. Cube satellites, which are designed and produced by new studies every day, are becoming more and more qualified, especially because they are low cost, easily designed and can fulfill some tasks that large satellites can do. In this thesis, it has been tried to theoretically prove that a service and target satellite can make a chaotic movement under the appropriate parameter values within the scope of the attitude task. Then, the systems of two different controllers were simulated by designing "fuzzy sliding mode controller (FSMC)" and "intuitionistic fuzzy sliding mode controller (IFSMC)" using chaotic synchronization technique. After the simulation results were obtained, an experimental set and a cube satellite were designed and produced in the light of the theoretical information reached. Then an experimental set and cube satellite were designed and produced, the operation of a chaser satellite known as a service satellite to a non-cooperative satellite known as a target satellite was simulated on 2 axes. For this, the "Gyroscope Experiment Set" was used as the experimental setup and a service satellite prototype was integrated. The service satellite, which will provide its movement through reaction wheels connected to 2 brushless DC motors, was first designed in a 3D drawing program and produced by a 3D printer. Then, after the integration of the designed power circuit and the "Raspberrypi" board, which is used as a microcontroller, to the motors, the control stage was started. At this stage, image processing algorithms are designed by taking images by means of a mini camera placed in front of the service satellite. Since the image that the mini camera will see is two-dimensional and the service satellite will move in two axes, it was sufficient to use a square plane to imitate the target satellite.   This square plane is painted blue and the idea of determining the midpoint of the blue square plane in the image seen by the service satellite and outputting the location information has formed the basis of the image processing algorithm. Then, this position information is sent to the controller blocks and control algorithms are used to generate the engine speeds that will position the service satellite directly opposite the target satellite. For this, two systems controlled by a fuzzy logic-based "fuzzy controller" and an "intuitionistic fuzzy controller" were created and the system was animated in real time. As a result of the experiments, the effects of both controllers on the system were observed and their advantages and disadvantages were compared.