Sabit kanatlı hava aracı için kuaterniyon tabanlı optimal doğrusal karesel düzenleyici veintegral kontrolcü

Literatürde, Euler tabanlı uçak modellerine dayanan birçok çalışma, düzenleme ve takipsorunları üzerinde durmaktadır. Ancak, kuaterniyonlar, tekilliklerden kaçınma ve cebirsel özelliklerin kolaylığı gibi birçok iyiözelliklere sahip olsalar da, sabit kanatlı uçaklariçin bu problemleri çözmektenadirenkullanıldıkları görülmüştür.Kuaterniyonlar, Euler açılarının neden olduğu üç boyutlu serbestlik derecesinin kaybı anlamına gelen gimbal kilitlenmesini önler vebu gibibirçok yönden avantaj sağlar.Literatürdekuaterniyonçalışmalarıdaha çokuzay araçları, uydu araçları ve drone'lar için tercih edilmiştir. Bu çalışmadaise, mevcut araştırma durumunun genişletilmesi amacıyla Airlib kütüphanesinin sağladığı Euler tabanlı uçak modeli, kuaterniyon tabanlı bir uçak modeline dönüştürülmüştür. Daha sonra, kuaterniyon tabanlı doğrusal kareseldüzenleyici ve kuaterniyon tabanlı doğrusal karesel integral kontrolcüsüsentezlenmişve Cessna 172 uçak modelineuygulanmıştır. Kontrolcütasarımı ve tüm sistemin simülasyonu MATLAB / Simulink ortamında yapılmıştır.Kontrol teorisinde, düzenleme problemi, optimal kontrol problemlerinin önemli bir sınıfıdır. Düzenleyici problemlerini çözmenin amacı, durum vektörlerini, durumların sıfır olmayan herhangi bir başlangıç değerinden durum vektörünün orijininemümkün olduğu kadar yaklaştırmaktır. Ayrıcabunu,aşırı kontrol çabası olmadan gerçekleştirmek istenir. Bu tezde, farklı sistemler için farklı düzenleme problemlerine ve bunların çözümlerine değinilmiştir. Doğrusal kareseldüzenleyici, optimizasyon problemini uygun ağırlık matrislerinin seçimi ile çözerek optimaldurum geri besleme kontrol yasası ile performans endeksini (yani maliyet fonksiyonunu) en aza indirmeyi viiiamaçlamaktadır. Ağırlık matrislerinin seçimi, optimizasyon problemi için birbiriyle çelişen iki kriteri tanımlamak için kullanılır. Birincisi, sistemin regülasyonun ne kadar hızlı olması gerektiğini, ikinci kriterisekontrolcü girişininne kadaraz olmasıgerektiğini belirtir. Sistemin ihtiyaçlarına göre bu iki kriterden hangisinin daha önemli olduğuna karar verilir ve ağırlık matrisleri için katsayılar seçilir. Bu tezdetasarlanan düzenleyici ve kontrolcüler için hedef, daha az kontrol kullanarak satürasyon ihtimalinin önüne geçmektir. Cessna 172 uçağı için tasarlanmış kuaterniyon tabanlı doğrusalkaresel düzenleyici ile elde edilen benzetimsonuçlarından, sistem durumlarının başarılı bir şekilde başlangıç değerlerinden istenilen değerlere gittiği, sistem girişleri ve kuaterniyon değerlerinin regüle edildiğigözlemlenmektedir.Kuaterniyon tabanlı doğrusal kareseldüzenleyici tasarımına integral bir eylem eklenerek elde edilen kuaterniyon tabanlı doğrusal karesel integral yaklaşımı ile referans takibi amaçlanmıştır. Ayrıca, geri besleme kontrolcüsüneintegral eylem eklenerek, sürekli halhatası, integratördurumunun bir birikimi ile giderilmiştir. Benzetimsonuçları, tezde hedeflerin yerine getirildiğini göstermektedir.Bu çalışma literatürde az bulunan kuaterniyon tabanlı kontrolcülerin sabit kanatlı hava araçlarına uygulanmasını ele alarak araştırma alanını genişletmiştir.Gelecek çalışmalarda, tezdeki çalışmalara ek olarak bir durum gözlemleyicisi eklenerek sistem durumlarının tahmin edilmesi ve gürültülerin giderilmesi sağlanabilir.Tasarımları doğrulamak için oldukça gerçekçi bir benzetim programı olan X-plane kullanılarak bir uçuş benzetimi gerçekleştirilerek sonuçlar iki kez doğrulanabilir. Son olarak yapılan tasarımlar tüm hava araçlarına uyarlanabilir olduğu için güncellenerekfarklı hava araçlarınauygulanabilir.