İki serbestlik dereceli helikopter sistemi için kontrol sistemi tasarımı ve analizi
Control system design and analysis for a two degrees of freedom helicopter system
Yazar: MEHMET ÇAKIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUMİN TOLGA EMİRLER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Aviyonik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Bulanık denetim = Fuzzy control ; PID denetleme = PID control

Özet:
Bu tezde, iki serbestlik dereceli helikopter sistemi için kontrol sistemi tasarımı ve analizi için matematiksel model oluşturularak sistemin istenen performans kriterlerine uygun şekilde çalışmasını sağlamak amacıyla farklı kontrol sistemleri tasarlanmıştır. Sistemde kullanılan sensörlerden elde edilen geri bildirimler, kontrol algoritması tarafından işlenmiş ve motor hızı, yönü veya diğer parametreleri etkin bir şekilde kontrol etmek için gerekli komutlar üretilmiştir. Rotorlu test sisteminin yunuslama (pitch) ve yalpalama (yaw) açılarının kontrolü için PID (Oransal-İntegral-Türev), kaskat ve bulanık mantık (Fuzzy Logic) kontrol sistemleri tasarlanmış ve karşılaştırılmıştır. Bu kontrol sistemi, yunuslama ve yalpalama açısı kontrolörleri için kullanılan iki alt sisteme ayrılmıştır. Bulanık mantık kontrolü, belirsizlikleri dikkate alarak kontrol yapmayı sağlayan bir akıllı kontrol yöntemidir rotorlu test sisteminin bulanık mantık kontrol yöntemi ile kontrol edilmesi için bulanık kümelerin tanımlanması, kural tabanının oluşturulması ve çıkarım mekanizmasının tasarımı yapılmıştır. Her alt sistem bir Mamdani bulanık mantık kontrolcüsü içermektedir. Bulanık mantık kontrol sisteminin girişleri; konum hatası ve hatanın değişimidir. Buna ek olarak hesaplanan hataların integrali alınarak ortalama karekök hatasının (RMSE) en aza indirilmesi hedeflenmiştir. Tüm kontrolörlerin performansının değerlendirebilmesi için blok diyagramlar ve benzetimler MATLAB/Simulink ortamında oluşturulmuştur. Elde edilen sonuçlar, bulanık mantık kontrol sisteminin basamak giriş takibini sağladığını göstermektedir. Ek olarak, yapılan benzetimlerle, bulanık mantık kontrol yaklaşımının sistemin kararlılığını sağlarken, başarılı yörünge takibinin de etkili olduğu sonucunu doğrulamıştır.

Abstract:
In this paper, we have designed various control systems design and analysis for a two degrees of freedom helicopter system to ensure that the system operates in accordance with the desired performance criteria by creating a mathematical model for the control of the system. Feedback obtained from the sensors used in the system has been processed by the control algorithm, and commands necessary to effectively control motor speed, direction, or other parameters have been generated. Rotor test system have been designed and compared for the control of pitch and yaw angles using PID (Proportional-Integral-Derivative), cascade, and fuzzy logic control systems. The control system is divided into two subsystems used for pitch and yaw angle controllers. Fuzzy logic control is an intelligent control method that enables control to be performed by taking uncertainties into account.   A fuzzy logic control method was used to control a two-degree-of-freedom helicopter system. This involved defining fuzzy sets, creating a rule base, and designing an inference mechanism. Each subsystem contains a Mamdani fuzzy logic controller.  The inputs to the fuzzy logic control system are position error and error change. In addition, the integral of the calculated errors is taken to minimize the root mean square error (RMSE). Block diagrams and simulations were created in MATLAB/Simulink to evaluate the performance of all controllers. The results show that the fuzzy logic control system provides step input tracking. Additionally, simulations confirm that the fuzzy logic control approach ensures system stability while also being effective in successful trajectory tracking.