Gerçek zamanlı benzetim ve donanımın döngüde testi tekniklerinin uydu yönelim sistemlerine uygulanması
Application of real-time simulation and hardware in the loop techniques in satellite attitude control system
Yazar: ALPER SARIKAN
Danışman: DOÇ. DR. M. TİMUR AYDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Uzay araçları, elektrikli gemiler, hibrit elektrikli araçlar, dağıtık enerji sistemleri gibi bazı uygulamalar, içerlerinde karmaşık güç üretim ve dağıtım sistemlerini barındırırlar. Çok sayıda elektrik motorunun, jeneratörün ve karmaşık yükün güç elektroniği devreleriyle birbirine bağlandığı bu sistemlerde kontrol algoritmalarının doğruluğunu ve güvenilirliği tüm çalışma koşullarında sağlamak çok önemlidir. Bu tür karmaşık sistemlerin tasarımı, birleştirilmesi ve üretim sonrası kabul testleri büyük zorluklar içermektedir. Çok sayıda dinamik değişken içeren bu sistemlerin tüm çalışma koşulları için testlerini gerçekleştirmek çoğu zaman olası olmamakta veya çok özel test ortamlarının kullanımını gerektirmektedir. Son yıllarda, zaman alıcı ve pahalı olan bu yöntemlere seçenek olarak gerçek zamanlı sayısal benzetim yöntemi ve donanımın döngüde testi yöntemi geliştirilmiştir.Gerçek zamanlı benzetimde modellenen sistemin tepkisini hesaplamak için işlemci tarafından harcanacak zaman gerçekte harcanacak zaman ile eşittir. Gerçek zamanlı bu işlem benzeticiye dışarıdan cihaz bağlanmasını olanak sağlamaktadır. Bu da gerçek zamanlı benzeticilerin fiziksel kontrol ve koruma cihazlarının test edilmesinde kullanımını olanaklı hale getirmektedir.Bu çalışma kapsamında gerçek zamanlı benzetim ve donanımın döngüde sınanması tekniklerinin kullanılabileceği bir altyapı geliştirilmiştir. Standart kişisel bilgisayar (PC) üzerinde çalışabilen sistemde 9 ? s adım aralığına inilebilmiştir. Geliştirilen altyapıda, uydu yönelimi için kullanılan moment kontrol jiroskoplarının (MKJ) sınanması hedeflenmiş ve bu amaçla iki adet MKJ üretilmiştir. Bu sistemi oluşturan tüm motorların ve sistemde kullanılan yönelim algoritmasının gerçek zamanlı benzetim modeli geliştirilmiştir. Yapılan benzetim çalışmaları MATLAB Simulink modelleri ile karşılaştırılmış, sonuçların doğruluğu görüldükten sonra döngü içerisinde sınama çalışmalarına geçilmiş ve deneyler başarıyla tamamlanmıştır.

Abstract:
Applications such as spaceships, boats running on electric power, hybrid cars and distributed energy systems require complex power generation and transmission systems. In those systems having multiple generators and complex loads connected together with power circuits, it is very important to preserve quality and reliability of the energy in all operating conditions. Design, integration and acceptance tests of such systems involve major difficulties. Testing of systems having too many dynamic variables for all cases of operation usually will not be possible or it requires highly specialized test environments. As an alternative of these time consuming and expensive methods, real time digital simulation and hardware in the loop methods are developed in the latest years.In real time simulation the time spent by the processor to calculate the response of the modeled system should be equal to the time actually spent. This real time operation allows the connection of external devices to the simulator and, use of real time simulators in testing of physical control and protection devices becomes possible.A platform that enables the use of real time digital simulation and hardware-in-the-loop (HIL) techniques has been developed in this thesis. The system runs on a standard PC, and 9 micro second time step has been achieved. Test of Control Moment Gyroscopes (CMGs), which are used in satellite attitude control systems, has been aimed and therefore two CMG units have been manufactured for this purpose. Real time models of all the motors used in the system and the attitude control algorithm have been developed. First, the real time simulation results were compared to those of MATLAB Simulink, and once the results were verified, HIL tests were started. Experiments have been successfully completed.