Metropoliten kent çeperindeki yerleşimlerde yapısal dinamikler-İstanbul metropoliten kent çeperi örneği

Bu tez çalışmasında, yüksek performanslı uçaklar için zeki sistemler yaklaşımı ile uçuş kontrol sistemleri geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla hızlı öğrenmeye dayanan yapay sinir ağlan ve bulanık sistemler kullanılarak doğrusal olmayan F-16 modelinin dinamik ve aerodinamik davranışının modellenmesi ve kontrolü gerçekleştirilmiştir. Ayrıca zeki iniş kontrol sistemleri geliştirilerek rüzgar bozucuları ve model belirsizlikleri durumunda performansları incelenmiştir. Uçak dinamik ve aerodinamik davranışı incelenip, referans eksen takımları tanımlanarak, hareket denklemleri analiz edilmiştir. Benzetim çalışmalarında kullanılan 6 serbestlik dereceli doğrusal olmayan uçak modeli tanımlanmıştır. Geliştirilen tasarımlara temel oluşturması amacıyla, uçuş kontrol sistemlerinin kısaca tarihsel gelişimi gözden geçirilip, temel yapılan verilmiştir. Gerçekleştirilen tasarımların temel bileşenleri olan YSA'lan ve BS'lerin gelişme süreçleri gözden geçirilerek temel özellikleri, öğrenme yöntemleri, kontrol ve modelleme yapılan verilmiştir. YSA'lan ve BS'ler ile geliştirilen uygulamaların en önemli aşamalarından bir isim öğrenme oluşturmaktadır. YSA'lan ve BS'lerin eğitilmesi sınırlamasız optimizasyon problemidir. Yaygın olarak kullanılan geriye yayılma algoritması gibi birinci dereceden optimizasyon yöntemlerinin yavaşlığı YSA'lan ve BS'lerin uygulama alanlarını sınırlamaktadır. Bu nedenle ikinci dereceden bir optimizasyon yöntemi olan Levenberg-Marquardt algoritması güvenli bölge yaklaşımı ile YSA'lanmn ağırlıklarının ve BS'lerin parametrelerinin ayarlanması için uyarlanmıştır. Böylece online öğrenmeye olanak tanıyan, hızlı, kullanımı kolay ve yakınsaması garanti bir eğitme yöntemi elde edilmiştir. YSA'lan ve BS'ler ile geliştirilen modelleme ve kontrol yapılan üç aşamada ele alınmıştır. Birinci aşamada YSA'lan ve BS'ler ile uçağın aerodinamik davranışının modellenmesi amaçlanmıştır. Uçuş esnasında uçak üzerine etkiyen aerodinamik kuvvet ve momentler boyutsuz aerodinamik katsayılar ile tanımlanırlar. Aerodinamik katsayılar irtifa, mak sayısı, aerodinamik açılar ve kontrol yüzeyi sapmalan gibi çeşitli değişkenlerin fonksiyonlan olarak çok boyutlu tablolarda gösterilirler. Bu çalışmada doğrusal olmayan F-16 uçak modeline ait aerodinamik katsayıların kestirimi için YSA'lan ve BS'ler kullanımı önerilmiştir. Bu amaçla aerodinamik katsayıların her biri için bir YSA ve bir BS eğitilmiştir. Eğitme güvenli bölge yaklaşımı ile gerçeklenen LM algoritması ile gerçekleştirilmiştir. Eğitilen YSA'lan ve BS'ler ile yapılan kestirimlerin xıvhassasiyetini belirlemek amacıyla ortalama bağıl hata tanımlanarak her bir katsayı için hesaplanmıştır. Ayrıca kestirenlerin geçerliliğini göstermek amacı ile YSA'lan ve BS'ler uçak modeli ile entegre edilerek 6 serbestlik dereceli doğrusal olmayan benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada YSA'lan ve BS'ler ile uçağın dinamik davranışının modellenmesi amaçlanmıştır. YSA'lann ve BS'lerin, doğrusal olmayan fonksiyonları benzeştirme özellikleri ve seri-paralel sistem tanıma yapısı kullanılarak emulator olarak da adlandırılan dinamik bir tanıma yapısı elde edilmiştir. Uçağın uç açısal hız değişkeni için hem YSA'lan ve hem de BS'ler kullanılarak tanıma modelleri geliştirilmiştir. Başlangıçta tanıma modellerinin eğitimi off-line olarak sistem hakkındaki ön bilgiler kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Tanıma performansını artırmak ve sistemde meydana gelen değişimlere uyarlanmak amacıyla on-line eğitme önerilmiştir. Bu amaçla belli bir süre geçmişşe ait verilerinde kullanımına olanak sağlayan bir yiğit kullanılmıştır. Yiğit ilk giren ilk çıkar mantığı ile çalışmaktadır. Her yeni ölçümde yiğit elemanlan bir kaydırılarak, ölçüm yığılın ilk birimine yerleştirilmekte, yığıtın son birimindeki ölçüm yığıttan ayrılmaktadır. Böylece sistem de meydana gelen değişmeler model tarafından öğrenebilmektedir. Bundan başka sistemin genel bir modeli olarak off-line olarak önceden eğitilmiş BS'ler ile sistemde meydana gelebilecek değişimleri algılamak amacıyla on-line olarak eğitilen bir YSA'ı paralel olarak kullanılarak nöro- bulanık bir tanıma modeli elde edilmiştir. Böylece sistem hakkındaki hem sözel hem de nümerik bilgilerin kullanımına olanak sağlayan etkin bir tanıma yapısı elde edilmiştir. Eğitme işlemi güvenli bölge yaklaşımı ile gerçeklenen LM algoritması ile yapılmıştır. Geliştirilen on-line öğrenmeli tanıma modelleri, dinamiği doğrusal olmayan ve belirsizliklere sahip olan uçak için uygundur. Aynca bu şekilde off-line öğrenmeli yapıya göre YSA'lan için daha az nöron BS'ler için daha az kural ile modelleme gerçekleştirilebilmektedir. Üçüncü aşamada zeki uçuş kontrol sistemleri geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla hem YSA'lan temelli hem de BS'ler temelli uyarlamah PID kontrol yapılan geliştirilmiştir. Bu yaklaşımda YSA'lan ve BS'lerin öğrenme ve uyarlanma yetenekleri PID kontrolörlerin gürbüzlüğü ile birleştirilmiştir. Geliştirilen öğrenme ve uyarlanma özelliklerine sahip PID kontrol yapısı: kestirimci, emulator ve PID kontrolör olmak üzere üç kısımdan oluşmaktadır. Emulator sistemin ileri modeli olarak eğitilmekte ve kestirimcinin eğitimi için gerekli olan sistem Jacobianını hesaplamakta kullanılmaktadır. Başlangıçta off-line olarak eğitilen emulator yiğit kullanılarak on-line olarak da eğitilebilmektedir. Kestirimcinin görevi on-line olarak PID kontrolörün kazançlarım belirlemektir. Eğitme LM algoritması ile gerçekleştirilmektedir. Hem kestirimci hem de emulator on-line olarak eğitildiğinden uçak dinamiğindeki değişimlere duyarlı uyarlamah bir kontrol yapısı elde edilmiştir. Bu şekilde elde edilen kontrol yapısı üç açısal hızın kontrolünde kullanılmıştır. Yapılan 6 serbestlik dereceli doğrusal olmayan benzetim çahşmalarryla geliştirilen uyarlamah PID kontrol yapısının performansı belirlenmiştir. Aynca YSA'lan ve BS'ler temelli uyarlamah PID kontrolörler ile zeki iniş kontrol sistemleri geliştirilmiştir. Doğrusal bir uçak modeli kullanılarak gerçekleştirilen benzetim çahşmalan ile rüzgar bozucularının ve model beürsizliklerinin kontrolör performansına etkisi belirlenmiştir. Klasik kontrolör ile yapılan karşılaştırmalı çalışmalar ile kontrolörlerin performansı test edilmiştir. XVTasarlanan kontrol sistemlerinin kararlılığı parametrelerin çok geniş bir aralıkta değiştirildiği benzetim çalışmaları ile test edilmiştir. Benzetim çalışmalarında zeki sistem yaklaşımı ile klasik yapılardan daha iyi performans elde edilmiştir. Geliştirilen YSA'lan ve BS'ler temelli yapıların tipik uçuş kontrol sistemleri ile karşılaştırıldıklarında en önemli avantajlarından birisi çok sayıda kazancın interpolasyonuna ve saklanmasına gereksinim duymamalarıdır. Ayrıca on-line öğrenmeli uyarlamalı yapılan sayesinde uçak konfigurasyonunda meydana gelen değişikliklere dinamik olarak uyarlanabilmektedir. Sonuç olarak zeki sistemler yaklaşımı ile uçuş kontrolüne esnek, gürbüz alternatifler getirilebileceği gösterilmiştir. ı