Tepe seçme yöntemi ile tanımlanan coriolis titreşimsel dönüölçer için kalman uygulamalı kontrol sistemi tasarımı

Coriolis titreşimsel dönüölçerler (ing. Coriolis Vibratory Gyroscope (CVG)), yüksek performans parametreleri ile özellikle hassas dönü ölçümü gerektiren denizaltı ve uzay araçlarında kullanılan yüksek teknoloji navigasyon sistemlerindendir. Bu nedenle kritik öneme sahiptir. CVG, rezonans frekansında titreyen rezonatör elemanında, dışarıdan gelen dönü sonucunda oluşan Coriolis etkisi ile meydana gelen değişimin elektrot elemanları üzerinden okunmasıyla dönüyü hesaplayan sensördür. Bu çalışmada, halka şekilli rezonatör içeren CVG, hızlı dinamiklerle 2-SD bileşik olarak modellenmiştir. Elde edilen bileşik model, ortalama alma yöntemiyle yavaş dinamikler cinsinden modellenmiştir. Sistemdeki elektrotlar ise lineer olarak modellenerek tüm sisteme ait bir model elde edilmiştir. Modelin oluşturulmasının ardından Coriolis titreşimsel dönüölçerlerin tanımlanmasında literatürde yer almayan ancak iyi bilinen modal sistem tanımlama yaklaşımlarından tepe seçme yöntemi kullanılarak sistem parametreleri kestirilmiştir. Bu yöntem, değişen doğal frekans, kalite faktörü ve eksenel kaçıklık açıları içeren rezonatörlerin MATLAB-Simulink ortamında kurulan modellerine uygulanarak çalışma sınırları incelenmiş, yöntemin uygulanabilirliği doğrulanmış ve etkiler analiz edilmiştir. Yöntemin simülasyonlar üzerinden gerçekleştirilmesinin ardından halka şekilli bir rezonatör laboratuvar koşullarında test edilmiştir. Ardından, tepe seçme yöntemi halka şekilli rezonatöre uygulanmış ve durağan durum zaman çözümü üzerinden elde edilen frekans cevabı ile doğrultma işlemi gerçekleştirilerek sistem parametreleri kestirilmiştir. Kestirilen parametreler kullanılarak sisteme dört paralel kontrol çevrimi içeren Force-to-Rebalance (FTR) kontrol yöntemi uygulanan model numerik simülasyonlar üzerinden incelenmiştir. Halka şekilli rezonatör üzerinden mekanik olarak modellenemeyen elektrot kapasitansı üzerinden kaçak besleme, montaj ve yerleşim hataları, elektronik bileşenlerin hataları gibi etkenler gürültü olarak sisteme eklenmiş ve FTR kontrol yöntemi uygulanan sistemin geçiş cevapları ile performans değerleri incelenmiştir. Ardından, sisteme gürültü olarak yansıyan bu hataların bastırılarak sistem performansının arttırılması amacıyla Kalman filtresi uygulanmış FTR yöntemi oluşturulmuştur. Bu yöntemde, dönünün ve doğal frekans değerindeki kaymanın neden olacağı değişim nedeniyle değişken durum geçiş matrisi ile Kalman filtresi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Kalman filtresi tasarımında ve sistem modelinde farklı değerler kullanılarak tasarlanan kontrol yönteminin gürbüzlüğü gösterilmiştir. Gerçekleştirilen MATLAB-Simulink numerik simülasyonları üzerinden FTR ve K-FTR yöntemi karşılaştırılarak performans parametrelerinde iyileşme elde edilmiştir. K-FTR yöntemi FTR yöntem ile karşılaştırıldığında, sistemin dönü hassasiyeti 6 °/s değerinden 0.06 °/s değerine ve açısal rastgele yürüyüş (ARW) değeri 0.765 °/hr değerinden 0.046 °/√hr değerine düşerek iyileşme sağlanmıştır.