Deniz araçlarında kullanılan uydu takip sistemlerinde üç eksende anten stabilizasyonunu sağlayan hassas kontrol sisteminin gerçekleştirilmesi

Abstract

Deniz uydu takip anten sistemleri, deniz taşıtları ile sabit yörüngedeki uydular arasındaki iletişimi sağlamak amacıyla kullanılmaktadır. Bu sistemler, tekne, yat ve gemi gibi çeşitli deniz araçlarında telefon görüşmeleri, televizyon yayınları, veri transferi ve internet erişimi gibi hayati haberleşme olanaklarını mümkün hale getirmektedir. Bu nedenle, değişken deniz koşullarının oluşturduğu bozucu etkileri gerçek zamanlı olarak bertaraf edebilen kontrol sistemlerinin geliştirilmesi kritik bir önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, hareket davranışını modelleme için kullanılan bir yapay sinir ağı yardımıyla gerçek zamanlı olarak ayarlanabilen yapay sinir ağı tabanlı bir PID denetleyicinin tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Çalışmamızın temel özgünlüğü, yenilikçi bir kontrol yapısına sahip olması, gerçek deniz ortamında test edilmesi ve maliyet ile performans arasında etkili bir denge kurmasıdır. Geliştirilen gömülü sistem, 20 °/ s hızındaki deniz dalgalarında dahi kesintisiz yayın sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Fiyat-performans yönünden avantaj sağlayacak şekilde tasarlanan donanım ve yazılım mimarisi fiziksel olarak gerçekleştirilmiş ve test edilmiştir. Ayrıca elde edilen sonuçlar ve geliştirilen uygulama yöntemleri, piyasada bulunan benzer ticari ürünler ve literatürdeki diğer akademik çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Yapılan testlerde ticari ürün, benzer deniz koşullarında maksimum 2° yükseliş hatasına ulaşırken, önerilen sistemin aynı koşullarda hata değerinin 0,7 derecenin altında kaldığı gözlenmiştir. Bununla birlikte çalışmamız literatürdeki farklı çalışmalarla karşılaştırıldığında; birim adım yanıt performansı olarak %0 taşma oranı ve 0,06 saniyelik yükselme süresiyle, taşma oranı %0,505 ve yükselme süresi 11,581 saniye olan bir çalışmaya [22] göre ve yükselme süresi 0,3032 saniyelik bir başka çalışmaya [24] göre üstünlük sağlarken, maliyet avantajlı bir uygulama projesi olması sebebiyle simülasyon bazlı çalışmalara veya pahalı uygulama içeren tasarımlara göre iyi bir alternatif olarak konumlanmaktadır.

Maritime satellite tracking antenna systems are employed to enable communication between marine vessels and geostationary satellites. These systems play a crucial role in facilitating essential communication services such as telephone calls, television broadcasts, data transmission, and internet access on various types of marine vehicles, including boats, yachts, and ships. Given the continuously changing and often harsh marine conditions, the development of control systems capable of mitigating external disturbances in real time is of critical importance. In this thesis, a neural network-based PID controller that can be tuned in real time with the aid of a neural network used for motion behavior modeling has been designed and implemented. The novelty of the proposed approach lies in its innovative control structure, its successful implementation under real marine conditions, and its effective balance between cost and performance. The developed embedded system has been designed to ensure uninterrupted signal tracking even under sea wave disturbances reaching speeds of up to 20°/ s. The hardware and software architecture, which was optimized to provide a favorable price-performance ratio, has been physically realized and tested. Furthermore, the obtained results and the proposed implementation method have been compared with both commercially available products and other academic studies in the literature. During the conducted tests, the commercial product exhibited a maximum elevation error of 2° under similar marine conditions, whereas the proposed system maintained its error within 0.7°, demonstrating superior tracking precision. Additionally, in terms of unit step response performance, the proposed system achieved a 0% overshoot and a rise time of 0.06 seconds, outperforming a referenced study [22] with a 0.505% overshoot and an 11.581-second rise time, as well as another study [24] with a rise time of 0.3032 seconds. Due to its low-cost implementation, the proposed system stands out as a viable alternative to simulation-based studies or designs involving expensive hardware implementations.