Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Ticaret Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AHMET HULUSİ ÖZ
Danışman: KALYON MUAMMER
Özet:ÖZET Bu makale, yüksek hızlı varsayımsal bir uçak için “İrtifa-Kilitleme Kontrolcü”sünün geleneksel uygulamasını göstermektedir. Uçağın dinamik kararlılığı, uzunlamasına hareket kapsamında elde edilmektedir. Öncelikle, sistem için Kararlılık Arttırma Sistemi (SAS) olarak adlandırılan statik kararlılık çalışılmıştır. Kararlılık koşulları analiz edilmiş ve ardından uçağın uzunlamasına hareketi üzerinden uygun kontrolcü tasarımı geliştirilmiştir. Ayrıca, doğrusallıştırılmış sistem de performans sorunu üzerinden analiz edilmiş ve incelenmiştir. Uçak gövdesinin karakteristiği incelendikten sonra, genel uçuş sistemi için iyi bir yaklaşım elde etmek adına kontrolcü tasarımı optimize edilmiştir. Tasarım için kullanılan yöntemler, kontroller katsayılarını elde etmek için Root-Locus Metodu’dur. Genel uzunlamasına hareket iki bölüme ayrılmıştır; birincisi yunuslama hareketi parametreleri ve açıları ile ilgilenen iç kontrol döngüsü, ikincisi ise uçağın dikey hareketindeki irtifa referansı, uçuş-yolu açısı ve hızı ile ilgilenen dış kontrol döngüsüdür. Uçağın doğrusallıştırılmış uzunlamasına hareketinin simülasyonu MATLAB/Simulink bilgisayar programında geliştirilmiştir. Analiz ve sonuçlar bu program üzerinden oluşturulmuş ve tartışılmıştır. Son olarak, matematiksel arka planda oluşturulan kontrolcü Simulink üzerinde uygulanmıştır ve tüm sistem için kontrol teorisi tamamlanmıştır. Nihai sonuçlar bu simülasyon üzerinden elde edilmiş ve MATLAB/Simulink üzerinden ifade edilmiştir. Anahtar kelimeler: İrtifa-Kilitleme kontrolü, uçuş kontrol sistemleri, uçuş mekaniği, uzunlamasına hareket kontrolü, yunuslama açısı kontrolü. ABSTRACT This article proposes the conventional implementation of a “Altitude-Hold Controller” for a high speed hypothetical aircraft. Dynamic stability of the aircraft is established beyond longitudinal motion of the aircraft. Firstly, the static stability, which is called as Stability Augmentation System (SAS), is studied for the system. The stability conditions are analyzed and then the suitable controller design is developed over the longitudinal motion of the aircraft. The controller which is implemented to the system is designed with linear methods by linearizing the longitudinal equation of motions. Furthermore, the linearized system is also analyzed and studied over performance issue. After the characteristic of the airframe is studied, the controller design is optimized in order to get a good approximation for the overall flight system. The methods used for the design are Root-Locus Method to get the controller coefficients. The overall longitudinal motion is divided to two sections which are; the first one is the inner loop that deals with the pitching motion parameters and the second one is the outer loop that deals with the altitude reference, flight-path angle and velocity on the vertical motion of the aircraft. The simulation of the linearized longitudinal motion of the aircraft is developed in MATLAB/Simulink computer program. The analysis and the results are built and discussed with this program. In conclusion, the controller is implemented to the Simulink after the mathematical background and the control theory is finished and established for the overall system. The final results are discovered and expressed over the MATLAB/Simulink. Keywords: Altitude-Hold control, flight control systems, flight mechanics, longitudinal motion control, pitch control. CONTENTS CONTENTS. i ABSTRACT . ii ÖZET . iii ACKNOWLEDGMENTS . iv LIST OF FIGURES . v LIST OF TABLES . vi LIST OF ABBREVIATIONS. vii 1. INTRODUCTION. 1 2. LITERATURE REVIEW . 3 3. AIRFRAME MODEL OF AN AIRCRAFT . 5 3. 1. Vector Equations of Motion . 5 3. 2. Axis System Definitions . 6 3. 3. Scalar Form of Equation of Motion . 8 3. 4 Aerodynamic Forces and Moments . 10 3. 5 Gravity Forces . 12 3. 6 Translational Equations in Wind Axes . 13 4. FLIGHT CONTROL SYSTEM OF THE AIRCRAFT . 14 4. 1. History of the Flight Control System . 15 4. 2. Flight Control Methods . 15 4. 2. 1 Nonlinear dynamic inversion control method . 16 4. 2. 1. 1 Mathematical definitions . 18 4. 2. 1. 2 Designing the control law . 20 4. 2. 1. 3 Slow-state control loop . 21 4. 2. 1. 4 Fast-state control loop . 22 4. 2. 2 Linear flight control methods. 24 4. 2. 2. 1 Linearization of longitudinal equations . 25 4. 2. 2. 2 Building linearized airframe model . 29 4. 2. 2. 3 Open-loop response of linearized airframe . 30 4. 2. 2. 4 Open-loop response of linearized airframe with servo dynamic . 31 4. 2. 2. 6 Implemention of Root-Locus method . 33 4. 2. 2. 7 Inner loop controller . 34 4. 2. 2. 8 Outer loop controller . 38 4. 2. 2. 9 Altitude-Hold flight controller . 39 5. CONCLUSION . 42 6. FUTURE WORKS . 43 REFERENCES . 44 BIBLIOGRAPHY . 45