Extended kalman filter estimation based control of double twin rotor aerodynamic system
Çift ikili rotor aerodinamik sistemin extended kalman filtresi tabanlı kontrolü
- Tez No: 611642
- Danışmanlar: PROF. DR. ZAFER BİNGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde geleneksel tek pervaneli helikopter sistemine kıyasla daha hızlı dinamik tepkiler elde ederek performansın arttırılması için tasarlanmış yeni bir 2DOF Aerodinamik Sistemin kontrol tasarım stratejisi ve davranış tahmini ele alınmıştır. Önerilen tasarımda her serbestlik derecesini kontrol etmek için iki eyleyici kullanılmakta böylece tahrik ünitesi tepki olarak daha çevik hale getirilmektedir. Bu tez, temel olarak iki alana odaklanmaktadır: 2DOF Aerodinamik Sistemin davranış bilgilerini tahmin etmek için genişletilmiş Kalman filtresinin uygulanması ve kontrol stratejilerinin uygulanması ve karşılaştırılması. Bu tezin ana katkıları, fazla tahrikli 2DOF Aerodinamik Sisteminin matematiksel modelinin geliştirilmesi, oryantasyon tahmini ve saha hareketi için yerçekimi dengeleme stratejisinin geliştirilmesidir. 2DOF Aerodinamik Sistemin üç ana bölümünün matematiksel modellenmesi geliştirilmiştir. İlk olarak, sistem gövdesi çerçevesi, motorlar ve motorları tutmak için gerekli bileşenlerden oluşan dönel gövdeler için Newton ikinci yasalarını kullanarak moment denkleminin geliştirilmesi gerçekleştirilmiştir. Bu moment denklemlerini kullanarak, önerilen sistemin dinamikleri Simulink modelinde analiz edilmiştir. İkincisi, itme kuvveti ve tork üretimi için statik deneyler, itme kuvveti ve tork denklemlerinin yaklaşık parametrelerinin tanımlanması ve ayrıca itme sisteminin verimliliğinin analiz edilmesi için yapılmıştır. Üçüncüsü, motorun dinamikleri, bir dizi çeşitli giriş sinyalinin verildiği ve uygun bir transfer fonksiyonunun yaklaştığı bir dizi deney yapılarak tanımlanmıştır. EKF, teklif edilen sistemin belirsiz durumlarını, yerleşik düşük maliyetli IMU sensöründen gelen gürültülü ölçümlerden tahmin etmek için uygulanır. Bu tahmin edilen durumlar daha sonra arzu tutumunu sürdürmek için kontrol algoritmasında geri bildirim bilgisi olarak kullanılır. Yerçekimi dengelemesi, yerçekimi kuvveti tarafından oluşturulan torku dengelemek için, perde dinamik kontrol cihazına eklenir. Bu kompanzasyon modeli, perde dinamik modelinin evrilmiş modelinin bulunmasıyla geliştirilmiştir. Elde edilen transfer fonksiyonu, yerçekimi nedeniyle değişen bozulma torkunu dengelemektedir. Kontrol sisteminin tasarımında yer alan iki ana bölüm, kontrol tahsis algoritması ve kontrol yasasıdır. Kontrol tahsis metodu kontrol sinyallerinin karşılık gelen motor setine programlanmasını içerir. Tasarım tahsisi, gerekli motor sinyallerini almak için durum geri besleme değerlerini yaklaşık kazanç matrisiyle kullanır. Kontrol kanunu tasarlanırken, üç kontrol stratejisi: Tam Durumlu Basamaklı denetleyici, PID denetleyici ve son olarak Bulanık Mantık denetleyici tasarlanmış ve karşılaştırma yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis reports the control strategies and attitude estimation of a novel 2DOF Aerodynamic System, designed for increase in performance by achieving fast dynamic responses compare to the conventional double propeller helicopter system. The proposed design is an overactuted system uses two actuators for controlling each DOF, thus make the propulsion unit more agile in response. This thesis focuses mainly on two areas, the application of extended Kalman filter for states estimation and comparison of control strategies. The major contributions of this thesis are the development of mathematical model of overactuated 2DOF Aerodynamic System, orientation estimation and developing the gravity compensation strategy for the pitch motion. The mathematical modeling of three main parts of 2DOF Aerodynamic System are developed. First, developing of moment equation using Newton second laws for rotational bodies that consists of system body frame, motors and necessary components for holding motors. Using these moment equations, the dynamics of the DTRAS system are analyzed in Simulink model. Second, static thrust and torque analysis are carried out for approximating parameters of thrust and torque equations and testing the efficiency of the propulsion system. Third, the dynamics of motor are identified by carrying a series of experiments in which a set of various input signals are given and a fitted transfer function is approximated. EKF is implemented for estimating the uncertain states of the proposed system from the noisy measurements from the on-board low cost IMU sensor. These estimated states are then used as states feedback information in the control algorithm for sustaining the desire attitude. The gravity compensation is added to the pitch dynamic controller to compensate for the torque generated by the gravity force. This compensation model is developed by finding the inversion model of the pitch dynamic model. The resultant transfer function compensates the varying disturbance torque due to gravity. Two main part involve in designing the control system, are the control allocation algorithm and control law. The control allocation method involves the scheduling the control signals to the corresponding set of motors. The design allocator uses the state feedback values with an approximated gain matrix to get the required motors signals. In designing the control law, three control strategies i-e Cascaded Full-State Feedback controller, PID controller and finally Fuzzy Logic controllers are designed and performance comparison is made.
Benzer Tezler
- Estimation of stator resistance of induction motor using innovation based adaptive extended kalman filter
Yenilik temelli uyarlanabilir genişletilmiş kalman filtresi kullanılarak asenkron motorun stator direnci kestirimi
MEHMET ZEKİ YIRTAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE BOSTANCI
PROF. DR. HULUSİ BÜLENT ERTAN
- Asenkron motorlarda geniş aralıkta sensörsüz hız kontrolü için genişletilmiş kalman filtresi ile gözleyici tasarımı
Extended kalman filter based observer design for wide range sensorless speed control of induction motors
MENEKŞE AYDIN
Doktora
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- Asenkron motorlar için genişletilmiş kalman filtresi tabanlı hız-algılayıcısız kestirim uygulamaları
Applications of extended kalman filter based speed-sensorless estimation for induction motors.
RIDVAN DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNiğde ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT BARUT
- Asenkron motorların hız-algılayıcısız kontrolü için indirgenmiş-dereceli genişletilmiş kalman filtresi tabanlı kestiricinin geliştirilmesi ve gerçek-zamanlı uygulaması
Development and real-time application of a reduced-order extended kalman filter based estimator designed for speed-sensorless control of induction motors
MEHMET REŞAT KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNiğde ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT BARUT
- Design of kalman filter based attitude determination algorithms for a leo satellite and for a satellite attitude control test setup
Bir alçak yörünge uydusu ve bir uydu yönelim kontrol test düzeneği için kalman filtre tabanlı yönelim saptama agoritmaları tasarımı
AYKUT KUTLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN TEKİNALP