YRD. DOÇ. DR. VASFİ EMRE ÖMÜRLÜ

Uzaysal hareket eden taşıtların stewart platform mekanizması ile tek noktadan kuvvet geri beslemeli kontrolü

Bu çalışmada uzaysal, altı eksenli, hareket yapabilen bir 3×3 Stewart Platformunun kinematik denklemleri çıkarılmış, bu denklemler Newton-Raphson ve yapay sinir ağları kullanılarak Matlab ve Visual Basic programları kullanılarak çözülmüştür. Ayrıca çözümler deneysel sisteme de uygulanmış, sonuçlar incelenmiştir. Stewart platformunun kinematiğinin yanı sıra, bu çalışmada, mekanizmanın dinamiği, bağ-grafik modelleme yöntemi ve Matlab-Simmechanics kullanılarak modellenmiş, oluşturulan modellerin doğruluğu deneysel sistem ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca sistemin bağ-grafik modelinden elde edilen durum uzayı denklemlerinden faydalanılarak modellenen sistemin kararlılığı incelenmiştir. Modellenen sisteme ve deneysel sisteme PD, bulanık mantık PD, kazanç ayarlamalı bulanık mantık PD konum kontrolü uygulanmış, kuvvet sensörü de kullanılarak bu denetleyiciler üzerinden konum kontrolü tabanlı katılık ve empedans kuvvet kontrolü uygulanmıştır. Kuvvet ve moment hataları göz önüne alınarak çalışan kuvvet tabanlı doğrudan (explicit) kuvvet kontrolü deneysel sisteme uygulanan kuvvet kontrol yaklaşımlarından birisidir. Çalışmanın amacı doğrultusunda, uzaysal hareket edebilen 4 rotorlu hava aracının (?quadrotor?), Newton- euler yöntemi kullanılarak matematik modeli oluşturulmuş, oluşturulan model matlab programı ile simüle edilmiş ve PID tabanlı kontrol yöntemi kullanılarak kontrolü kontrol katsayılarının optimizasyonu ile beraber gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan model Visual basic programına aktarılmış ve ?3d developer studio? kütüphanesi kullanılarak görsel kullanıcı arayüzü inşa edilmiştir. Oluşturulan arayüz ile, deneysel kuvvet geribeslemeli stewart platform mekanizmasının arayüzünün eşzamanlı çalışması sağlanmış, bu yöntemle kullanıcının sanal olarak oluşturulan ?Quadrotor? hava aracını stewart platform mekanizması ile kumanda etmesi sağlanmıştır. ?Quadrotor? arayüzünde iki farklı senaryo oluşturularak, çeşitli koşullarda kontrol ve kumanda performansları karşılaştırılmıştır.

İnsan-makine arayüzü olarak 3×3 Stewart platformunun empedans kuvvet kontrolü Insan-makine arayüzü olarak 3×3 Stewart platformunun empedans kuvvet kontrolü

Stewart Platform tabanlı, uzaysal hareketin simüle edilmesine dair, birçok uygulama, bu kinematik paralel mekanizmaların 1965 teki ilk çıkışından itibaren, hayata geçirilmiştir. Başta uçak simülatörleri olmak üzere, üç boyutlu yüzeylerin işlenmesi gibi problemlerin çözümünde, Stewart Platform kullanılagelmiştir. Bu çalışmada, uzaysal hareketin, mesela uçak simülatörlerindeki gibi, simülasyonu yerine, uzaysal hareket yapan, 3 öteleme artı 3 dönme ekseni, herhangi fiziksel cismin tek noktadan Stewart Platform kullanılarak kontrolünü sağlayacak, kuvvet geribeslemeli bir insan-makine arayüzünün gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır. Böylece, hava, denizaltı veya uzayda hareket eden taşıtlarda tek noktadan bütün yönlendirmeler ve hız ve pozisyon kontrolleri gerçekleştirilebilecektir. Aynı zamanda kontrol edilen taşıta gelen ve taşıtı yönlendirme durumunda olan kullanıcının normalde hissetmediği dış, taşıtın maruz kaldığı, kuvvetler, kuvvet geribeslemesi yoluyla kullanıcıya iletilecektir. Bu arayüzün tıbbi uygulamaları da mümkündür. Proje kapsamında, uzaysal altı eksenli hareket edebilen 3-3 Stewart Platformunun gerçek zamanlı insan-makine arayüzü olarak kullanımı incelenmiştir. Kullanıcı tarafından platform üzerine rijit bağlı kola uygulanacak olan altı eksenli kuvvet ve moment değerine göre platformun uyum göstererek hareket etmesi istenmektedir. Kullanıcı tarafından platforma uygulanan kuvvetin her bir eyleyici (tahrik elemanı) üzerindeki etkisi ayrı ayrı incelenmiştir. Bunun içinde 3-3 Stewart Platformuna ait Jakobian model tespit edilmiştir. Sonrasında her bir eyleyici empedans kontrol yöntemi kullanılarak ayrı ayrı kontrol edilmiştir. Ayrıca bu çalışmada 3-3 Stewart Platformuna ait düz kinematik problemde gerçek zamanlı olarak Newton-Raphson yöntemiyle çözümlenmiştir. Bu çalışmanın devamında, bu arayüz vasıtasıyla uzaysal hareket yapan herhangi fiziksel cismin tek noktadan kontrol edilmesi amaçlanmaktadır. Günümüzde uzaysal hareket eden cisimlerin kontrolünde direk 6 eksen birden tek bir noktadan kontrol edilemediğinden ve kuvvet geri beslemesi mevcut olmadığından, tasarlanacak insan-makine arayüzünün uluslararası düzeyde önemli bir boşluğu doldurması ve ulusal ekonomiye katkısı büyük olacaktır. Kaldı ki Stewart Platform konusunda fiziksel bazda uzmanımızın olmayışı ve bu teknolojide uzmanlaşmanın, kullanım alanları bakımından, ülke ekonomisine faydaları düşünüldüğünde, konunun önemi anlaşılmaktadır.

Dört rotorlu insansız hava aracının modellenmesi ve simülasyonu Modelling and simulation of a four rotor unmanned air vehicle

Günümüzde giderek önemi artan insansız hava araçları, (İHA) insanın çalışmasının tehlikeli olduğu ya da insansız çalışma gerektiren pek çok alanda kullanılmaktadır. Birçok avantajından dolayı dört rotorlu hava aracı olan quadrotor insansız hava araçlarında tercih edilmektedir. Akademik çevrelerce araştırma konusu olan ve güncelliğini koruyan quadrotor ile ilgili birçok modelleme ve kontrol uygulamaları yapılmaktadır. Bu çalışmada, dört rotorlu insansız hava aracının matematik modeli Newton ? Euler metodu ile incelenmiş, bilgisayar ortamında matematik model kurulmuştur. Aracın kontrolü için PID ve bulanık mantık denetleyicileri model üzerinde denenmiştir. Ayrıca bu çalışma kapsamında, Yıldız Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği’ne bağlı Araştırma Laboratuvar’ında kurulu olan İnsansız Dört Rotorlu Hava Araçları için Değişken Serbestlik Dereceli Yere Sabit Deney Düzeneği üzerinde çalışılmış, quadrotorun kontrolü için tasarlanan denetleyiciler deney düzeneği üzerinde de denenmiştir. Son olarak bilgisayar ortamındaki tasarlanan denetleyicilerin benzetim sonuçları ile deney düzeneği üzerindeki sonuçları karşılaştırılmıştır.

Dört rotorlu hava araçlarının bağ-grafik yöntemi ile modellenmesi

Dört rotorlu insansız hava araçları, akademik çevrelerce son dönemlerde oldukça çok ilgi gösterilmiş bir alandır. 4 serbestlik derecesine sahip olan bu araç sadece 4 kontrol girişi ile kontrol edilmektedir. Sadece araçtaki dört adet rotorun hızları değiştirilerek aracın bütün hareketleri kontrol edilebilmektedir. İnsansız hava araçları alanında ideal yapıya sahip bu araç tipinin dinamik modelleme ve kontrol uygulamaları yaygın olarak yapılmaya çalışılmaktadır. Bu çalışmada doğrusal olmayan bir yapıya sahip olan dört rotorlu hava araçları, bağ-grafik yöntemi ile modellenecektir. Bu model bilgisayar ortamında simüle edilecek, daha sonra bu modelden durum-uzay denklemleri elde edilecektir. Farklı kabuller yapılarak elde edilecek 3 ayrı modelin birbiri ile karşılaştırmalı analizleri yapılabilir ve durum uzay formunda olduğundan çalışma uzayı içinde, durum uzayı teknikleri kullanılarak analizler ve kontrol tasarımları yapılabilir. Anahtar Kelimeler: Dört rotorlu hava aracı, bağ-grafik, bond-graph, durum uzay denklemleri, insansız hava aracı.

MEMs ivme sensörlü ataletsel seyrüsefer sistemi için arayüz tasarımı

Ataletsel Seyrüsefer Sistemleri (Inertial Navigation System – INS), uçuş bilgilerinin elde edilmesi açısından, hava araçlarında geniş çaplı olarak kullanılmakla beraber, daha ucuz maliyet amacıyla, bu cihazların jiroskop tabanlı olanları yerine, mikro elektromekanik sistemler (Mİcro Electromechanical Systems – MEMs) kullanılarak tasarlanması üzerine çalışmalar son yıllarda hız kazanmıştır. Bu sayede sağlanacak maliyet düşüklüğü ve boyut küçüklüğü, yer araçları dahil olmak üzere, farklı uygulamalara da kapı açmaktdır. Bu araştırmada, MEM tabanlı ataletsel seyrüsefer sistemlerinin tasarım değişkenleri üzerine benzetim çalışması yapılarak, farklı tasarım değişkenlerinin girilebileceği bir tasarımarayüzü oluşturlması amaçlanmaktadır. INS’lerde kullanılan MEMs’lerin, INS üzerindeki konumlandırılmalarından kaynaklana geometrik hataların ve algılayıcının kendi iç hatalarının sebep olduğu açısal ve doğrusal konum hatalarının asgariye indirilmesi bu çalışmanın konuları arasındadır.