Gemilerde hidrolik tahrikli yalpa sönümleyici sistemin modellenmesi, benzetimi ve denetleyici tasarımı
Modelling, simulation and controller design for hydraulically actuated ship fin stabilizer systems
Yazar: ALPER ZİHNİOĞLU
Danışman: PROF. ŞENİZ ERTUĞRUL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Sistem Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bilgisayar destekli benzetim = Computer aided simulation ; Dinamik benzetim = Dynamic simulation ; Dinamik kontrol = Dynamic control ; Doğrusal karesel denetim = Linear quadratic control ; Doğrusal kontrol = Linear control ; Doğrusal olmayan kontrol teorisi = Nonlinear control theory ; Elektrohidrolik = Electrohydraulic ; Elektrohidrolik sistemler = Electrohydraulic systems ; Sistem benzetimi = System simulation

Özet:
Bu çalışmanın amacı, farklı tip gemilerde ve farklı tip hidrolik sistemlerle kullanılabilecek şekilde, hidrolik sistemin de dâhil olduğu yalpa engelleyici bir sistemin parametrik matematiksel modelini hazırlayarak, bu modeli, sağladığı esneklik sayesinde her tip gemi ve hidrolik sistem için tasarım, boyutlandırma ve performans analizi açısından kullanabilmektir. Bu tez çalışmasında, PDD2 denetleyicinin kanat kumanda sinyallerini gönderdiği kabul edilerek, gelen kumanda sinyalini en kısa zamanda ve en az hatayla uygulayabilecek denetleyici tasarlanmaya çalışılmıştır. Bu tasarımı yapabilmek amacıyla Martı ve Volkano isimli teknelerde kullanılan gerçek hidrolik sistemler detaylı olarak modellenmiş, model benzetim sonuçları hidrolik sistemler üzerinde yapılan deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Hidrolik sistem modellemesinden sonra ise gemi hareket denklemleri ve dış etkenler (dalga, rüzgar, akıntı vb.) sonucunda tekne üzerinde oluşan kuvvetlere ait denklemler de çıkarılarak kontrolör, hidrolik sistem, gemi hareket denklemleri ve dış etkenlerin bir arada benzetimi yapılmış ve elde edilen sonuçlar gerçek ortam şartlarında yapılan tam boyutlu deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Hidrolik sistem, gemi ve dalga benzetimi için doğrusal olmayan denklemler kullanılmıştır. Ayrıca gemi sürat artışıyla direncin değişimi, yalpa kanat açısına göre kaldırma kuvvetinde oluşan değişimler de dikkate alınmıştır. Bu çalışma neticesinde var olan veya tasarım aşamasında karakteristik özellikleri verilen bir gemi için, hidrolik fin sistemi tasarımı, modellenmesi; kontrolü, model, gemi ve deniz şartları ile beraber benzetim yapılması amaçlanmıştır. Bu sayede tasarımı yapılan tekne ya da donanımların değişmesi halinde veya inşa/modernizasyon aşamasında gemiye yerleştirilebilecek fin sistemlerinin mekanik ve hidrolik kısımlarının hem boyutlandırılmasında hem de performans analizinde büyük kolaylıklar sağlanacaktır.

Abstract:
The purpose of this thesis is to parametrically model hydraulic system, fins, ship dynamics and controllers in detail so every property of systems are observed via non-linear model blocks. After modelling is finished, both hydraulic and roll controllers can be designed via simulations. With the help of parametric modeling, hydraulic components can be changed and resized easily. Ship type and properties are also changed via parametric modelling. Controller performance can be observed easily too. After modelling and simulation phases, the simulation has been verified with experimental data. To achieve this, ships named "İTÜ Martı" and "Volkano" were used.