bilgiz.org

1. İHa sistem Kırılımı ve İşlevleri

  • 1. İHA Sistem Kırılımı ve İşlevleri
  • 2. İHA Sistem Tasarımı 2.1. Yer Kontrol İstasyonu (YKİ)
  • 2.1.3 Yer Veri Terminali (YVT)
  • 2.2. İnsansız Hava Aracı (HA) 2.2.1. Hava Aracı (HA)
  • 2.2.4. Uçuş Kontrol Sistemi (UKS) 2.2.4.1. UKB
  • Küresel Konumlama Sistemi (KKS)
  • Yükseklik/Sıcaklık Ölçer
  • 2.2.5. Görev Kontrol Bilgisayarı
  • 2.2.6. FY
  • 3.2. Servo Test Düzeneği
  • 3.3. Motor Test Düzeneği
  • 3.4. Durum Değişkenleri Test Düzeneği
  • 4. Simulasyonlar 4.1. RC Model Simulasyonu
  • 4.2. Donanım Çevrimli Simulasyon



  • Tarih30.09.2017
    Büyüklüğü176.18 Kb.
    TipiYazı

    Indir 176.18 Kb.

    SİSTEM TASARIMI
    İnsansız Hava Aracı (İHA) sistemi (Şekil 1); temel olarak yer kontrol istasyonu (YKİ) hava aracından (HA) oluşmaktadır. YKİ’de bulunan bilgisayar içinde koşan YKİ yazılımı sayesinde Yer Veri Terminali (YVT) aracılığıyla HA ile kablosuz iletişim sağlanır. HA’nda bulunan Hava Veri Terminali (HVT) aracılığıyla alınan komutlar Uçuş Kontrol Sistemine (UKS) ve Görev Kontrol Bilgisayarına (GKB) aktararılarak otonom uçuş gerçekleştirilir. YKİ’de bulunan RC kumanda ile İHA, UKS devrede olmadan elle uzaktan komutalı olarak kullanılabilir. Ayrıca, ihtiyaca yönelik olarak HA’na yerleştirilmiş olan faydalı yüklerin (FY) kontrolü ve FY verilerin değerlendirmesi de YKİ üzerinden yapılmaktadır.

    Şekil 1. İHA Sistemi.


    1. İHA Sistem Kırılımı ve İşlevleri

    İHA sisteminin başarıyla uçuş gerçekleştirebilmesi için, alt sistemlerin birbirleriyle uyumlu ve performans kriterlerini yerine getirecek nitelikte seçimine ihtiyaç duyulmaktadır. Altsistemlerin tanımlanması ve oluşturulacak sistemin özelliklerinin belirlenmesi maksadıyla, Çizelge 1’de sunulan sistem kırılımı ve işlevleri tablosu oluşturulmuştur.




    Sistem

    İşlev

    İHA Sistemi

    YKİ

    YKİ Bilgisayarı

    YKİ yazılımının koştuğu bilgisayardır.

    YKİ Yazılımı

    Operatör tarafından İHA’nın ve FY’nin kontrolünün sağlandığı yazılımdır.

    YVT

    YKİ ve RC kumanda verilerinin İHA’ya kablosuz olarak iletilmesini ve İHA’daki HVT’den gönderilen telemetri ve FY bilgilerinin alınarak YKİ bilgisayarına iletilmesini sağlar.

    RC Kumanda

    Elle kontrol modunda, hava aracının model uçak olarak kullanılmasını sağlar.

    İHA

    HA

    Gövde, kanatlar ve kuyruktan oluşan ve aerodinamik yapısıyla uçuşu sağlayan yapıdır.

    Güç Sistemi

    UKS, GKB, HVT ve FY’ye elektriki güç sağlar.

    HVT

    YVT’den ve RC kumandadan gelen komutları UKB’ye bildirir. UKB’den ve FY’den gelen bilgileri YVT’ye iletir.

    UKS

    Uçuş Kontrol Birimi (UKB)

    Algılayıcılar vasıtasıyla HA’nın durum değişkenlerinin okunmasını, HVT vasıtasıyla YKİ ile haberleşmeyi, Eyleyiciler vasıtasıyla da HA’nın kontrolünü sağlar. Temel kontrol ve seyrüsefer işlemlerini yerine getirir. İleri düzey işlemler için gerekli verileri GKB’ye ileterek, GKB tarafından üretilen komutları yerine getirir.

    Algılayıcılar

    HA’nın durum değişkenlerini ölçerek UKB’ye iletir.

    Servolar

    HA’ndaki kontrol yüzeylerinin hareketini sağlar.

    İtki Sistemi

    HA’nın uçuşu için gereken itkiyi sağlar.

    GKB

    Yüksek işlem kapasiteli olup UKB’nin yapamadığı ileri düzey işlemleri getirir. FY’nin kontrolü için gerekli komutları üretir.

    FY

    İki eksekde hareket kabiliyetine sahip olan kamera sistemidir ve GKB tarafından kontrol edilir.

    Tablo 1. İHA Sistem kırılımı ve işlevleri.
    2. İHA Sistem Tasarımı

    2.1. Yer Kontrol İstasyonu (YKİ)

    YKİ operatör tarafından kullanılacak olup; bir bilgisayar, YVT ve RC kumandadan oluşmaktadır. Sistemin blok şeması ve bağlantıları Şekil 2’de gösterilmiştir.


    Şekil 2. YKİ Sistemi.


    2.1.1 YKİ Bilgisayarı

    YKİ’de YKİ yazılımının çalıştırılacağı, HA’nın sevk idaresinin sağlanarak, FY’nin kontrolünün ve görüntülerin değerlendirilmesine olanak sağlayan bir dizüstü bilgisayarın kullanılması planlanmıştır. Bilgisayarda işletim sistemi olarak Windows’un kullanılacaktır. YKİ yazılımındaki harita bilgileri gerçekzamanlı olarak internetten indirildiğinden, gerekli olan internet bağlantısı 3G modem ile sağlanacaktır. Bilgisayarda iletişim portu olarak, 3 adet USB2.0 bağlıtısına ihtiyaç vardır. Bu portlardan birine YVT, birine internet için 3G modem ve diğerine de HA’ndan gönderilen analog görüntünün alınması için Video Capture modülü bağlanacaktır.



    2.1.2 YKİ Yazılımı

    Mevcut ücretsiz YKİ yazılımları için internet araştırması yapılarak, temel özellikleri Tablo 2’de sunulan HappyKillmore GCS, OpenPilot GCS, QgroundControl GCS ve Paparazzi GCS yazılımları belirlenmiştir.




    Yazılım Adı

    Ekran Görüntüsü

    İşletim Sistemi

    Versiyonu

    Happy Killmore



    Windows

    V1.3.16- 07.10.2011

    OpenPilot



    Windows

    Linux


    Mac OS X

    V1.0.0 - 23.02.2011


    Qground Control



    Windows

    Linux


    Mac OS X

    V0.8.3 –

    2010


    Paparazzi



    Linux

    Mac OS X


    V3.2 –

    2010


    Tablo 2. Ücretsiz YKİ yazılımları.
    Belirlenen YKİ yazılımları; mevcut kabiliyetleri, aktif kullanıcı çokluğu, güncellenme sıklığı, desteklediği ekipman ve donanımlar, versiyonunun olgunluk durumu kategorilerinde değerlendirilerek, tasarımı yapılan İHA sisteminde HappyKillmore GCS’nin kullanılmasına karar verilmiştir.
    HappyKillmore GCS yazılımı http://code.google.com/p/happykillmore-gcs/ adresinde açıkkaynak olarak yayımlanmakta olup, temel uçuş göstergelerine, 3-boyutlu haritaya, YVT bağlantına, yönlenen anten kontrolü, uçuş planlaması, uçuşu gözlem ve kontrol, veri bağındaki akışının gözlemlenmesi, FY görüntüsünün gözlemlenmesi ve Türkçe dil desteği özelliklerine sahiptir. Yazılım MS Visual Studio ortamında geliştirilmiş olup, çalıştırılması için Windows işletim sistemi, .NET 2.0 Framework, Direct X ve Google Plug-in’e ihtiyaç duymaktadır. Yasılımın simulatör desteği bulunmakta; NMEA, uBlox, SiRF (GeoNav), MediaTek v1 (DIYdrones.com Custom Binary), MediaTek v1.6 (DIYdrones.com Custom Binary) Küresel Komunlama Sistemi (KKS); ArduPilot Legacy (ASCII), ArduPilot Mega Binary, MatrixPilot (UavDevBoard), AttoPilot, MAVlink, FY21AP II ve Gluonpilot otopilot protokollerini desteklemektedir. Ayrıca YVT bağlantısı, USB üzerinden ilgili COM-Port seçilerek sağlanmaktadır.
    2.1.3 Yer Veri Terminali (YVT)

    HA ile telemetri bilgilerinin alışverişi Telemetri Modemi, FY görüntüsünün alınması Video Modemi ve Video Capture Modülü ve internet bağlantısının sağlanması için 3G Modem YVT’yi (Şekil 2) oluşturmaktadır. YVT bileşenlerinin YKİ bilgisayarına bağlantısı USB portlarından yapılmakta ve veri akışı YKİ tarafından gerçekleştirilmektedir.


    Telemetri sisteminde Xbee PRO XCS kablosuz modemi kullanılmaktadır. Teknik özellikleri Tablo 3’te sunulan modeme, 868-928 MHz aralığında çalışan 3,1 dBi kazançlı ve her yönde yayım yapabilen bir kamçı anten bağlanmıştır. Modemin bilgisayarla bağlantısı Xbee Explorer USB kartıyla yapılmaktadır. Bu kart üzerinde bulunan USB entegresi ile modem bilgisayara Com-port olarak tanıtılmaktadır. Devre şeması Şekil 4’te sunulan telemetri sisteminin konfigürasyon ayarları XCTU programı aracılığıyla yapılmaktadır.

    Şekil 3. YVT telemetri sistemi.




    Özellik

    Değer

    RF Veri Hızı

    9,6 kbps

    RF Çıkış Gücü

    +20 dBm (100 mW)

    Modülasyon Tipi

    FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

    RF Bant Aralığı

    902 – 928 MHz

    RF Alıcı Hassasiyeti

    -106 dBm

    Haberleşme Mesafesi

    9,6 km

    Seri Veri Arayüzü

    UART

    Seri Veri Hızı

    1,2 – 57,6 kbps

    Besleme Voltajı

    3,3 V

    Besleme Akımı (Maks.)

    256 mA

    Tablo 3. YVT Telemetri sistemi teknik özellikleri.

    Şekil 4. YVT telemetri sistemi devre şeması.

    YVT’nin diğer bileşenleri olan Video Modemi, Video Capture Modülü ve 3G Modem henüz seçilmemiştir.
    2.1.4 RC Kumanda

    HA’nın elle kontrol modunda, RC model uçak olarak kontrol edilebilmesini sağlamak için YKİ’de RC pilot tarafından kullanılmak üzere, Şekil 5’te gösterilen Spectrum marka DX8 model RC kumanda kullanılmaktadır. Ayrıca, bu kumanda üzerinde bulunan düğmeler vasıtasıyla HA’nın uçuş modu seçilebilmektedir. Temel özellikleri Tablo 4’te sunulan RC kumanda, kolların hareket ettirilmesiyle üretilen komutlar, HA’nda bulunan AR8000 model alıcıya iletmektedir.




    Özellik

    Değer

    Kanal Sayısı

    8

    Modülasyon Tipi

    DSSM (Direct Sequence Spread Spectrum)

    Model Hafızası

    30

    Veri Gönderme Periyodu

    11 ms

    Komut Çözünürlüğü

    2048 bit

    Frekans

    2,4 GHz

    RF Çıkış Gücü

    100 mW

    Besleme

    2S LiPo Batarya

    Tablo 4. RC Kumanda teknik özellikleri.

    Şekil 5. RC Kumanda Sistemi.


    2.2. İnsansız Hava Aracı (HA)

    2.2.1. Hava Aracı (HA)

    HA olarak; basit bir yapıya, yüksek kanat mimarisiyle yavaş ve kararlı bir uçuş profiline sahip olan, Hobby Lobby üretimi Senior Telemaster (Şekil 6) model uçağı seçilmiştir. Temel yapısı balsa ağacından yapılmış olan Telemaster, sarı film ile kaplanmış halde 450 metre mesafeden rahatlıkla görülebilmektedir. Gövde içindeki 17x13x25 cm’lik hacim, İHA sisteminin içindeki diğer bileşenlerin entegre edilmesi için yeterlidir. Hazır olarak yakıtlı motorlar için imal edilmiş uçağa titreşimin azaltılması, kullanım, bakım ve idame kolaylığı sağlanması maksadıyla fırçasız elektrik motoru modifikasyonu uygulanmıştır. Yüksek kaldırma kapasitesine sahip olan uçağın maksimum kalkış ağırlığı, 10 kg’a kadar çıkabilmektedir. Uçağın temel özellikleri Tablo 5’te sunulmuştur.





    Özellik

    Değer

    Kalkış Kütlesi

    5,6 – 10 kg

    Kanat Uzunluğu

    2,438 m

    Kanat Alanı

    0,8581 m2

    Kanat Kesit Tipi

    Anderson SPICA

    Kanat Dihedral Açısı

    3,8 deg

    Uzunluk

    1,625 mm

    Kontrol Yüzeyleri

    2 eleron, kuyruk dümeni, yükseliş dümeni ve gaz

    Tablo 5. Senior Telemaster model uçağının teknik özellikleri.

    Şekil 6. Senior Telemaster model uçak.


    2.2.2. Güç Sistemi

    HA’ndaki elektriki güç kaynağı olarak Lityum-Polimer (LiPo) batarya kullanılmaktadır. Lityum-Polimer bataryalar, hacim ve ağırlıklarına göre yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu özellikleri ile LiPo bataryalar, hacim ve ağırlığın çok önemli olduğu elektrikli model uçaklarda büyük avantaj sağlar. Normal voltaj değeri 3,7 Volt olan hücrelerin seri ve paralel bağlanmasıyla farklı voltaj ve akım kapasitesine sahip LiPo batarlayar oluşturulur.


    Şekil 7. İHA güç sistemi.


    HA’daki güç sistemi (Şekil 7) itki sistemi, servoları ve elektronik sistemleri besler. Uçağın itki sisteminde kullanılan motorun özelliklerine uygun olarak; 5 seri hücreden oluşan ve 18,5 Volt gerilim sağlayan 5000 mAh’lik batarya seçilmiştir. Batarya voltajı ve çekilen akım Güç Ölçer devresiyle ölçülür ve itki sistemini doğrudan beslerken, servoları ve elektronik sistemlerin beslemeleri için ayrı dc-dc konvertörler (Tablo 6) kullanılmaktadır. Konvertörler, yüksek akım çeken itki sisteminden gelecek gürültülerin elektronik sistemlere yansımasını engellemek üzere elektriksek izolasyonlu olarak seçilmiştir.


    Özellik

    Servo Güç Konvertörü

    Elkt.Sis.Güç Konvertörü

    Tipi

    Anahtarlamalı

    Anahtarlamalı

    Anahtarlama Frek.

    300 kHz

    330 kHz

    Verimlilik

    % 87

    % 89

    İzolasyon

    Var

    Var

    Giriş Voltajı

    9 – 36 Volt

    9 – 36 Volt

    Çıkış Voltajı

    5 Volt (± % 1)

    5 Volt (± % 1)

    Maks. Çıkış Akımı

    8 A

    4 A

    Boyutları

    5.08x5.08x1.60 cm

    2.54x2.54x1.60 cm

    Kütlesi

    60 gr

    15 gr

    Tablo 6. HA güç sistemi dc-dc konvertörlerinin teknik özellikleri.
    2.2.3. HVT

    HVT, RC alıcı ve Telemetri Modeminden (Sekil 8) oluşur. RC Kumandadan gelen komutlar tek yönlü olarak, RC Alıcı vasıtasıyla UKB’ye iletilirken, Telemetri modemleriyle YVT ve HVT arasında çift yönlü iletişim sağlanır. Telemetri verileri UKB’nin USART3 portuna bağlanarak, veri alış-verişi RS-232 standardında yapılır. YVT’nin teknik özellikleri Tablo 7’de sunulmuştur.


    Şekil 8. Hava Veri Terminali.







    Özellik

    Değer

    Telemetri Modemi

    (Xbee PRO XSC)




    RF Veri Hızı

    9,6 kbps

    RF Çıkış Gücü

    +20 dBm (100 mW)

    Modülasyon Tipi

    FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

    RF Bant Aralığı

    902 – 928 MHz

    RF Alıcı Hassasiyeti

    -106 dBm

    Haberleşme Mesafesi

    9,6 km

    Seri Veri Arayüzü

    UART

    Seri Veri Hızı

    1,2 – 57,6 kbps

    Besleme Voltajı

    3,3 V

    Besleme Akımı (Maks.)

    256 mA

    RC Alıcı

    (AR 8000)



    Kanal Sayısı

    8

    Modülasyon Tipi

    DSSM (Direct Sequence Spread Spectrum)

    Model Hafızası

    30

    Veri Gönderme Periyodu

    11 ms

    Komut Çözünürlüğü

    2048 bit

    Frekans

    2,4 GHz

    RF Çıkış Gücü

    100 mW

    Besleme

    3,5-9,6 V

    Boyutları

    3,23x3,43x1,14 cm

    Kütlesi

    13,9 gr

    Tablo 7. HVT’nin teknik özellikleri.
    2.2.4. Uçuş Kontrol Sistemi (UKS)

    2.2.4.1. UKB

    Uçuş Kontrol Birimi RC ve Telemetri komutlarının alınması, üzerine takılan AÖB vasıtasıyla alıgılayıcıların okunması, uçuş kontrolü için gerekli algoritmaların çalıştırılması ve servoların kontrol komutlarının üretilmesini sağlar. RC kodlayıcı, RC dumandadan RC alıcı vasıtasıyla gelen komutları PPM (Pulse Position Modulation) formatına çevirerek, seri olarak işlemciye iletir. Komut seçici, işlemcinin komutuyla servolara gönderilecek olan PWM komutlarının kaynağını RC komutlarından veya işlemcinin ürettiği komutlardan seçer. Komutlar RC komutları olarak seçildiğinde, servolar direk olarak RC kumanda ile kontrol edilir. Servolar ve UKB arasına yerleştirilen çoklu opto-izolatör, elektriksel izolasyon sağlayarak servolarda oluşan elektriksel gürültünün UKB’ye yansımasını engeller.



    Şekil 9. Uçuş Kontrol Birimi.


    Şekil 10. UKB devre şeması.


    Devre şeması Şekil 10’da sunulan UKB’ işlemci olarak ATMEGA 2650 kullanılmaktadır. İşlemcinin temel özellikleri Tablo 8’de sunulmuştur.


    Özellik

    Değer

    İşlem Hızı

    16 MIPS @ 16 MHz

    İşlemci Mimarisi

    8-bit RISC

    Program Hafızası

    256 kByte

    Veri Hafızası

    4 kByte

    Geçici Veri Hafıza

    8 kByte

    Giriş-Çıkış Sayısı

    86

    Sayıcılar

    2 adet 8 bit, 4 adet 16 bit

    PWM çıkışları

    12 adet 16 bit

    ADC girişleri

    16 adet 10 bit

    Bağlantı Portları

    4 adet RS-232, 1 adet SPI, 1 adet 2-Wire

    Tablo 8. ATMEGA 2650’nin teknik özellikleri.
    2.2.4.2. Algılayıcılar

    HA’nın anlık durum bilgilerinin ölçümü için gerekli olan ve teknik özellikleri Tablo 9’da sunulan bütün algılayıcılar (Şekil 11), UKB’inin üzerine monte edilen Algılayıcı Arayüz Birimine bağlanmaktadır.


    İvme Ölçer: 3-eksende ±3 g arasında Analog Devices firmasının ADXL335 algılayıcısıyla ivme ölçümü yaparak, sonuçları ivmeyle doğru orantılı analog gerilim sinyali olarak verir. Silikon tabakanın üzerine polysilikondan yapılmış MEMS algılayıcının çıkışları sinyal ayarlama devresinden geçerek çıkış kapasitörlerinde biriktirilir. Gerilim değerleri 12-bit’lik ADC entegresi tarafından okunarak sayısala çevrilir. Sayısal ivme değerleri, Port2 üzerinden RS-232 protokolünde UKB’nin işlemcisine aktarılır.
    Dönü Ölçer: Invensense firması tarafından üretilmiş olan ve X-Y eksenleri için IDG-500, Z ekseni için ISZ-500 entegreleri kullanılmaktadır. Her eksen için, MEMS dönüş hızı ölçen algılayıcıların çıktıları, geribeslemeli osilatör devresiyle ölçülür, bu sinyal demodüle edilerek filtlelenir ve amfi devresiyle kazancı ayarlanır. Analog gerilim olarak çıktı olarak verilen dönü hızı değerleri 12-bit’lik ADC entegresi tarafından okunarak sayısala çevrilir. Sayısal dönü hızı değerleri, Port2 üzerinden RS-232 protokolünde UKB’nin işlemcisine aktarılır.

    Şekil 11. Algılayıcı Arayüz Birimi ve Algılayıcılar.


    Küresel Konumlama Sistemi (KKS): MediaTek firması tarafından üretilen sistem, patch anteni üzerinde bulunan ve aynı anda 66 uyduya bağlanabilme kapasitesine sahip olan KKS, 10 HZ’lik güncellemeyle zaman, 3-boyutlu pozisyon ve hız bilgilerini en az 4 uydudan aldığı veriler vasıtasıyla üreterek, Port1 üzerinden RS-232 protokolünde UKB’nin işlemcisine aktarır.
    Sayısal Pusula: Honeywell firması tarafından üretilen HMC5843, 3-boyutlu olarak sayısal manyetik alan ölçümü verir. Algılayıcı, dünyanın manyetik alan şiddetine uygun nitelikte düşük manyetik alanlar için tasarlanmış olup, veriler işlemciye I2C portundan iletilmektedir. Dünyanın manyetik kuzeyine göre yapılan yön hesaplamalarında, bulunulan bölge için bulunan ofset değerleri de hesaba katılmaktadır.

    Şekil 12. Algılayıcı Arayüz Birimi devre şeması.







    Özellik

    Değer

    İvme Ölçer

    (ADXL335)



    Ölçüm Ekseni

    x, y, z

    Tam Skala

    ± 3,3 g

    Hassasiyet

    330 mV/g

    Veri Çıkışı

    Analog

    Ölçüm Hızı

    550 Hz

    Besleme Voltajı

    3,3 V

    Besleme Akımı

    330 µA

    Dönü Ölçer

    (IDG-500, ISZ-500)



    Ölçüm Ekseni

    x, y, z

    Tam Skala

    ± 500 º/s

    Hassasiyet

    2 mV/ º

    Veri Çıkışı

    Analog

    Ölçüm Hızı

    140 Hz

    Besleme Voltajı

    3,3 V

    Besleme Akımı

    330 µA

    Küresel Konumlama Sistemi

    (MEDIATEK-3329)




    İşlemci

    MTK MT3329

    Frekans

    1575,42 MHz (L1),

    1.023 MHz (C/A Kodu)



    Kanal Sayısı

    66

    Güncelleme Hızı

    10 Hz

    Alıcı Hassasiyeti

    -165 dBm

    Pozisyon Doğruluğu

    ± 3 m

    Arayüz

    RS-232

    Protokol

    NMEA 0183 v3.01

    Besleme Voltajı

    3,3 V

    Besleme Akımı (Maks.)

    48 mA

    Boyutlar

    1,6x1,6x0,6 cm

    Kütle

    6 gr

    Sayısal Pusula

    (HMC5843)



    Ölçüm Ekseni

    x, y, z

    Tam Skala

    ± 4 Gauss

    Hassasiyet

    7 mGauss

    Veri Çıkışı

    Sayısal (I2C)

    Ölçüm Hızı

    50 Hz

    Besleme Voltajı

    3,3 V

    Besleme Akımı

    3,2 mA

    Hava Hız Ölçer

    (MPXV7002)



    Tam Skala

    ± 2 kPa

    Hassasiyet

    1 V/kPa

    Veri Çıkışı

    Analog

    Ölçüm Hızı

    1 kHz

    Besleme Voltajı

    5 V

    Besleme Akımı

    10 mA

    Yükseklik/Sıcaklık Ölçer (BMP085)

    Tam Skala – Basınç

    300-1100 hPa (-500 - 9000 m)

    Hassasiyet – Basınç

    0.06 hPa (0.25m)

    Tam Skala – Sıcaklık

    -40 - +85 ºC

    Hassasiyet – Sıcaklık

    0.5 ºC

    Veri Çıkışı

    Sayısal (I2C)

    Ölçüm Hızı

    133 kHz

    Besleme Voltajı

    3,3 V

    Besleme Akımı

    1 mA

    Mesafe Ölçer

    (MB1200 XL-EZ0)



    Tam Skala

    20 – 765 cm

    Hassasiyet

    1 cm

    Veri Çıkışı

    Analog

    Ölçüm Hızı

    10 Hz

    Besleme Voltajı

    5 V

    Besleme Akımı

    100 mA

    RPM Ölçer

    (UGN-3113T, Hall-etkisi algılayıcısı)



    Tam Skala

    14660 RPM

    Hassasiyet

    10 RPM

    Veri Çıkışı

    Sayısal (interrupt)

    Ölçüm Hızı

    1 MHz

    Besleme Voltajı

    5 V

    Besleme Akımı

    20 mA

    Güç Ölçer

    (AttoPilot 50V/90A)



    Tam Skala – Gerilim

    0-50 V

    Hassasiyet – Gerilim

    ± 78 mV (63.69 mV / V)

    Tam Skala – Akım

    0-90 A

    Hassasiyet – Akım

    ± 136 mA (36.60 mV / A)

    Ölçüm Hızı

    (eşzamanlı)

    Besleme

    (algılayıcıdan beslemeli)

    Tablo 9. Algılayıcıların teknik özellikleri.
    Hava Hızı Ölçer: Freescale Semiconductor firmasının üretimi olan MPXV7002 algılayıcısı, dinamik ve statik hava girişleri sayesinde, basınç farkından hava hızını analog gerilim olarak üretir. Statik hava basıncı yüksekliğe göre değişirken, dinamik hava hızı hava aracının hareketinden kaynaklanan hava akış hızına göre değişir. Gerilim değerleri olarak üretilen hava hızı bilgisi 12-bit’lik ADC entegresi tarafından okunarak sayısala çevrilir. Sayısal hava hızı değerleri, Port2 üzerinden RS-232 protokolünde UKB’nin işlemcisine aktarılır.
    Yükseklik/Sıcaklık Ölçer: Bosch firması tarafından üretilmiş olan BMP085 algılayıcısı, statik basıncı ölçerek yükseklik ile doğru orantılı bir gerilim oluştur. Sıcaklık verisiyle birlikte basınç verileri sayısala çevrilerek, doğrultma işlemi uygulanır. Elde edilen sayısal sıcaklık ve yükseklik verileri I2C protolü üzerinden işlemciye aktarılır.

    Mesafe Ölçer: MaxBotix firmasının ürünü olan MB1200 XL-EZ0 sonar algılayıcısı, 7,65 metreye kadar olan mesafesi, 42 kHz’de gönderdiği ses dalgalarının geri dönüş zamanına göre aradaki mesafesi 1 cm hassesiyetle ölçebilmektedir. RS-232, PWM ve analog gerilim olarak üretilen uzaklık verilerinden, kullanım kolaylığı nedeniyle analog gerilim çıktısı kullanılmaktadır. Bu değer işlemcinin üzerinde bulunan 10-bit’lik ADC ile direk olarak okunmaktadır. Yükseklik ölçer, otonum iniş sırasında yer seviyesine olan mesafenin hassas olarak ölçülmesinde kullanılmaktadır.
    RPM Ölçer: Hall-etkisi algılayıcısı, üzerinde bulunan gerilim regülatörü, manyetik alan sensörü ve karşılaştırıcı devresiyle, güçlü manyetik alanın mevcut olup olmadığını sayısal olarak üretir. Motor mili üzerine sabitlenen bir mıknatıs tarfından oluşturulan manyetik alan, milin her dönüşünde sensör tarafından algılanarak işlemciye iletilir. İşlemcide iki adralık sinyal arasındaki zaman farkından motorun RPM bilgisi elde edilir.
    Güç Ölçer: AttoPilot firması tarfından üretilen güç algılayıcısı, bataryanın çıkışına seri olarak bağlanır. Gerilim değeri seri dirençler üzerinde bölünerek 50V’luk gerilim 3,3 V aralığına getirilir. Akım ölçümünde güç terminaline seri olarak bağlanan 0.1 mOhm’luk direnç üzerinde oluşan potansiyel farkı yükseltilerek 90A, 3,3 V’a karşılık gelecek şekilde ayarlanmıştır. Analog sinyale dönüştürülmüş olan gerilim ve akım verileri, işlemci üzerinde bulunan 10-bit’lik ADC tarafından sayısala çevrilir. HA’na takılan bataryanın kapasitesi bilindiğinden, çekilen akıma ve potansiyel farkındaki değişime göre bataryada kalan güç hesaplanır.


    2.2.4.3. Servolar

    Servolar, PWM sinyalini mekanik harekete çeviren elektro-mekanik sistemlerdir. Uçağın kontrol yüzeylerini hareket ettirmek için kullanılır. Teknik özellikleri Tablo 10’da sunulan SAVÖX marka SC-1256 TG model sayısal servolar, UKB’den aldıkları komutlar ile kuyruk dümenininin, elevatörünün ve ana kanattaki eleronların kontrolünü sağlar.




    Özellik

    Değer

    Dişliler

    Titanyum ve Alüminyum

    Tork

    16 kg cm

    Hız (yüksüz)

    330 deg/s

    Gerilim

    4,5 - 6 V

    Akım (yüksüz)

    100 mA

    Akım (kilitli)

    4000 mA

    Boyutları

    4,03x2,02x3,72 cm

    Kütlesi

    52,4 gr

    Tablo 10. Servoların teknik özellikleri.

    Şekil 13. HA servo yerleşimi.


    2.2.4.4. İtki Sistemi

    HA’na itki kuvvetini sağlayan itki sistemi (Şekil 14) pervane, fırçasız elektrik motoru ve elektronik hız kontrolcüsünden oluşur. Pervane kayın ağacından yapılmış oluş olup, 18 inch boya ve 8 inch hatveye sahiptir. Kullanılan uçak yakıtlı motorlar için üretilmesine rağmen pratik kullanımı, ortam şartlarından etkilenmeyişi, istikrarlı çalışması ve güvenilir oluşu nedeniyle elektrik motoru tercih edilmiştir. Fırçalı elektrik motorlarına göre daha yüksek verimle çalışan fırçasız elektrik motorlarında motorun dönüşü için gerekli olan elektrik akımın yönünün değiştirilmesi, komutatör yerine elektronik olarak elelektrnik hız kontrolrolcüsü tarafından gerçekleştirilir. Elektronik hız kontrolcüsü, 50 Hz’lik % 5-15 PWM (Pulse Width Modulation) sinyaliyle gelen hız komutunu algılayarak, içinde bulunan geri besleme devresi sayesinde motorun bobinlerine sırasıyla yüksek akım kapasitesine sahip PWM güç sinyali göndererek, motorun istenilen hızda dönmesini sağlar. Teknik özellikler Tablo 11’de sunulmuştur.







    Özellik

    Değer

    Motor,

    (EMAX BL5335/1)



    Tipi

    Fırçasız - Dıştan Hareketli

    Gerilim

    18,5 – 37 V (5S-10S LiPo)

    Maksimum Akım

    78 A

    Güç

    2652 W

    Karakteristik

    230 RPM/V

    Verimlilik

    % 86

    Tavsiye edilen uçak kütlesi

    5000 – 11500 gr

    Boyutları

    4,1x4,1x6,85 cm

    Kütlesi

    668 gr

    Elektronik Hız Kontrolcüsü

    (Aoxing 100A)



    Gerilim

    7,2-22,2 V (2S-6S LiPo)

    Maksimum Akım

    100 A

    Motor Tipi

    Fırçasız

    BEC devresi

    Yok

    Komut İzolasyonu

    Var

    Boyutları

    5,5x7,8x15 cm

    Kütlesi

    125 gr

    Tablo 11. İtki sisteminin motor ve elektronik hız kontrolcüsü teknik özellikleri.

    Elektronik Hız Kontrolcüsü

    Şekil 14. İHA itki sistemi.


    2.2.5. Görev Kontrol Bilgisayarı

    HA’nda gereksinim duyulan yüksek kapasiteli işlem gücü, GKB olarak seçilen, açık kaynak kodlu BeagleBoard-xM (Şekil 15) adındaki tek kartlı bilgisayar (SBC – Single Board Computer) tarafından karşılanmaktadır. GKB, UKB ile I2C portundan haberleşmekte olup, UKB’den algılayıcı verilerini alarak, kontrol komutlarını üreterek, servolara iletilmek üzere UKB’ye gönderir. Temel bilgisayar bileşenlerine sahip olan BeagleBoard-xM (Tablo 12), 1 GHz’lik çalışma frekansı, 32-bit’lik işlemcisi, ayrılmış görüntü işlemcisi ve 512 MB’lık RAM’i ile dizüstü bilgisayarlara yakın performans sunmaktadır.




    Özellik

    Değer

    İşlemci

    ARM Cortex – A8 (DM3730CBP)

    İşlemci Hızı

    1 GHz

    Grafik İşlemci

    TMS320C64x+ DSP

    Grafik İşlemci Hızı

    800 MHz

    Geçici Hafıza

    512 MB DDR (166 MHz)

    Hafıza

    4 GB mikroSD

    Portlar

    4xUSB, LCD, I2C, SPI, DVI-D, S-Video, Stereo Out/In, 10/100 Eternet, RS-232, Kamera, PWM

    Besleme Gerilimi

    5 V

    Besleme Akımı

    700 mA

    Boyutları

    8,56 x 8,51 x 1,5 cm

    Tablo 12. Görev Kontrol Bilgisayarı teknik özellikleri.

    Şekil 15. Görev Kontrol Bilgisayarı.


    GKB’nın işlemcisi video, resim ve grafik işleme özelliklerine sahip olmakla birlikte, Windows CE, Ubuntu, Android, MeeGo, Debian, Gentoo, Linux, QNX ve Symbian gibi yüksek seviye işletim sistemlerini desteklemektedir. Bu uygulamada, BeagleBoard-xM üzerine gerçek zamanlı işletim sistemi yüklenecektir.
    2.2.6. FY

    Faydalı yük olarak 2-eksen hareket kabiliyetine sahip renkli kamera kullanılması öngörülmektedir. Kamera seçimi henüz yapılmamıştır.


    3. Test Sistemleri
    3.1. İHA Sistemi Test Düzeneği

    İHA sisteminin laboratuar testlerinin yapılması, algılayıcılarının kalibrasyonlarının, sistem entegrasyon testlerinin yapılması ve yazılım geliştimelerinin uygulanması maksadıya, HA’nda uçacak bütün sistemin donanım benzetiminin sağlanması maksadıyla test düzeneği (Şekil 16) oluşturulmuştur.



    Şekil 16. İHA sistemi test düzeneği.


    3.2. Servo Test Düzeneği

    Kontrol sistemi tasarımında model oluşturulması ve elektriksel sistemin güç ihtiyaçlarının belirlenmesi maksadıyla, HA’nın kontrol yüzeylerinin hareketini sağlayan servoların özelliklerinin bilinmesine ihtiyaç bulunmaktadır. Uçuş sırasında kontrol yüzeylerine etkiyen aerodinamik kuvvetler değiştiğinden, servoların verilen komutları takip etme kabiliyeti ve güç tüketimi üzerine etkiyen tork ile orantılı olarak değişmektedir.Servoların test edilerek çalışma karakteristiklerinin belirlenmesi maksadıyla, Şekil 17’de sunulan test sisteminin oluşturulması hedeflenmektedir.

    Servo test sisteminde, komutlar bilgisayar kontrollü olarak oluşturularak servo sürülmekte, akım algılayıcısıyla çekilen akım hesaplanmakta, açı ölçer potansiyometre ile servo kolunun açısal pozisyonu ve hızı elde edilmektetir. Makara sistemi ile servo koluna bağlanan test kütlesi, kontrollü bir tork yükü elde edilmesini sağlamaktadır. Servoya uygulanan tork ve komutlar değiştirilerek, çekilen akım ve elde edilen açısal pozisyon değerlerinden servo performans grafikleri oluşturularak; servoların matematiksel modellerinin, hassasiyetinin, doğruluğunun ve doğrusallığının elde edilmesi hedeflenmektedir.

    Şekil 17. Servo test düzeneği.


    3.3. Motor Test Düzeneği

    Fırçasız elekrik motorunun güç ihtiyaçlarının belirlenmesi ve komut-RPM karakteristiğinin elde edilmesi maksadıyla Şekil 18’deki motor test düzeneği kurulması planlanmaktadır. Batarya tarafından beslenen motor hız kontrolcüsü, test devresinden aldığı komutlar sayesinde motorun dönüş hızını kontrol etmektedir. Motor pervaneyi döndürerek itki kuvvetini oluşturmaktadır. İtki kuvveti motorun arkasna bağlanmış olan yük hücresi tarafından, motorun dönüş hızı ise RPM ölçer tarafından algılanır. Motor test düzeneği rüzgar tünelinde farklı rüzgar hızları için test edilerek, hava hızına göre veriler elde edilir. Test devresi tarafından üretilen komutlar, bataryadan çekilen güç, pervanenin dönüş hızı ve itki kuvveti, yine test devresi tarafından kaydedilerek, itkis sisteminin karakteristik verileri elde edilir. Karakteristik verileri sayesinde oluşturulacak motor ve itki sistemi modelinin kontrol sistemi benzetiminde kullanılması planlanmaktadır.


    Şekil 18. Servo test düzeneği.


    3.4. Durum Değişkenleri Test Düzeneği

    Küresel konumlama sistemi, ivme ölçer, dönü ölçer, sayısal pusula ve hava hızı ölçer, sistemin durum değişkenlerinin hesaplanması için gerekli olan ham verileri oluşturmaktadır. Verilerin farklı frekansta, doğrulukta ve hassasiyette olmasından ve hesaplamalarda zaman içinde büyüyen hataların elenip, doğru durum değişkenlerinin hesaplanması için Kalman filtresi kullanılmaktadır. Filtrenin kalibre edilmesi maksadıyla durum değişlenleri test düzeneği oluşturulması planlanmaktadır.

    Durum değişkenlerindeki açı değerlerinin kontrollü olarak değiştirilmesi ve doğrudan ölçülmesi için, servolar ile kontrol edilen 3 eksenli bil gimbal oluşturulacaktır. Dönü ölçer ve sayısal pusula bu sisteme bağlanarak, kontrollü olarak değiştirilen açılara göre algılayıcılardan elde edilen veriler kaydedilerek doğruluğu ve hassasiyeti hesaplanacaktır. Algılayıcıların hassasiyetine göre Kalman filtresinin parametreleri ayarlanarak, gerçek durum değişkenlerinin elde edilmesi hedeflenmektedir.

    Küsesel konumlama sistemi ve ivme ölçer sayesinde pozisyon ve hız bilgileri elde edilmektedir. Sistem belirli bir rota üzerinde kontrollü bir hızla hareket ettilerek, ham veriler kaydedilecektir. Elde edilen ham verilerin doğruluğu ve hassiyetine göre Kalman filtresinin parametreleri ayarlanarak gerçek durum değişkenlerinin elde edilmesi hedeflenmektedir.


    4. Simulasyonlar

    4.1. RC Model Simulasyonu

    HA’nın manuel kontrol modu seçildiğinde, servolar RC kumandadan gelen komutalar tarafından direk olarak kontrol edilmektedir. Bu durumda otopilot devre dışıdır. Manuel modda HA temel olarak bir model uçaktan farksız olduğundan, model uçak pilotu tarafından görerek kontrol edilir. Model uçak pilotunun göz-el koordinasyonunun geliştirilmesi ve güvenilir uçuşun sağlanabilmesi için eğitim maksadıya, RC model simulasyon programları kullanılmaktadır.



    Şekil 19. RC model simulasyonu.

    RC model simulatör programı olarak RealFlight G5 kullanılmaktadır. RC simulatör kumandası bilgisayara USB portundan bağlanır ve bilgisayardaki simulatör programı çalıştırılır. Helikopter, uçak ve döner-rotorlu model hava araçlarının bulunduğu model kütüphanesinden Senor Telemaster seçilerek, model uçuşuna, gerçekte olduğu gibi yerde başlanır. Kalkış, düz uçuş, iniş ve çeşitli akrobatik manevralar için eğitim derslerini de içeren program sayesinde, model uçak uçurularak, RC pilot kabiliyeti geliştirilir. Program, model uçağın parametrelerinin değiştirilmesi ve çevresel faktörlerin (yağmur, rüzgar vb.) değiştirilmesine olanak sağlayarak gerçekçi bir uçuş deneyimi sağlar.
    4.2. Donanım Çevrimli Simulasyon

    Donanım çevrimli simulasyon (hardware in the loop simulation) maliyetin ve geliştirme zamanın azaltılması, güvenlik, tekrar edilebilirlik ve kolay uygulanabilirlik özellikleriyle, gömülü sistemlerin gerçek zamanlı olarak test edilmesi ve yazılım geliştirilmesi için kullanılan bir tekniktir. Bu teknikte, HA’nın durum değişkenleri simulatör programı tarafından üretilir ve gerçek algılayıcı çıktıları olarak test edilen donanıma iletilir. Donanım algılayıcı verilerini işleyerek, kontrol komutlarını üretir ve bu komutlar simulatör programına iletilerek çevrim tamamlanır.

    Simulatör olarak FlightGear veya Xplane simulasyon programı çalıştırılarak, APM Planner programındaki simulasyon arayüzünden TCP/IP protokolündeki bağlantı ayarları yapılır. Uçuş kontrol birimine simulasyon kodu yüklenerek, USB portundan bilgisayara bağlanır. APM Planner programı üzerinden, simulasyon ayarları yapılıp bağlantı kurulduğunda, uçuş benzetimi FlightGear (veya Xplane) programı ile sağlanır. Bu durumda algılayıcı verileri FlightGear programı tarafından üretilerek UKB’ye aktarılır. UKB tarafından algılayıcı verileri işlenerek üretilen komutlar tekrar FlightGear programına gönderilerek uçuş benzetimi gerçekçi olarak sağlanır. RC kumanda üzerinden uçuş modu seçililerek, uçağın hangi modda çalışacağı belirlenir. Manuel modda RC kumandadaki veriler doğrudan simulasyon programına iletilirken, otonom modlarda (Stabilize, Auto vb.) UKB tarafından üretilen komutlar simulasyon programına iletilir.

    Şekil 20. Donanım çevrimli simulasyon.






    --








        Ana sayfa


    1. İHa sistem Kırılımı ve İşlevleri

    Indir 176.18 Kb.