Metaheuristic algorithms enhance PID tuning for tricopter unmanned aerial vehicles with emphasis on particle swarm optimization
Üç rotorlu insansız hava araçları için PID ayarlamasının parçacık sürü optimizasyonu vurgusuyla meta-sezgisel algoritmalarla iyileştirilmesi
- Tez No: 1002912
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİT YAHYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Gelişim Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, meta-sezgisel optimizasyon algoritmalarının üç rotorlu insansız hava araçları (İHA'lar) için Oransal-İntegral-Türev (PID) denetleyici ayarlamasını iyileştirmek üzere uygulanmasını araştırmaktadır. Çalışmada özellikle Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) vurgulanmıştır. Araştırma, mekanik asimetri, servo kontrollü yaw dinamiği ve geleneksel PID ayarlama metodolojilerini zorlaştıran doğal roll-yaw eşleşmesi gibi üç rotorlu konfigürasyonların sunduğu benzersiz kontrol zorluklarını ele almaktadır. Kapsamlı bir literatür taraması ve pratik MATLAB örnek çalışmaları aracılığıyla bu çalışma, meta-sezgisel algoritmaların özellikle PSO ve Diferansiyel Evrim (DE) geleneksel ayarlama yaklaşımlarından önemli ölçüde daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymaktadır. Optimize edilmiş denetleyiciler, manuel olarak ayarlanmış karşılıklarına kıyasla Zaman Ağırlıklı Mutlak Hata İntegrali (ITAE)'de %80,3'lük bir azalma ve yerleşme zamanında %50,8'lik bir iyileşme sağlamış, aynı zamanda minimum aşım (%0,1) ile kararlılığı korumuştur. Her iki algoritma da aynı optimal parametre setlerine (K_p=0,175, K_i=2,000, K_d=0,124) yakınsamış olup, test edilen sistem için küresel optimal bir çözüm olduğunu göstermektedir. Çalışma, meta-sezgisel algoritmaların karmaşık İHA dinamiklerine uygulanması için sistematik bir çerçeve sağlayarak, üç rotorlu kontrol optimizasyonunun yeterince araştırılmamış alanına katkıda bulunmaktadır. Kavramsal gösterim için basitleştirilmiş modeller kullanılmasına rağmen, araştırma gelecekteki kapsamlı 6-DOF üç rotorlu simülasyonların ve deneysel uygulamaların geliştirilmesi için bir temel oluşturmaktadır. Bulgular, meta-sezgisel optimizasyonu, üç rotorlu gibi karmaşık doğrusal olmayan dinamikler sergileyen platformlar için özel bir öneme sahip olmak üzere, hava aracı kontrol sistemlerinde PID ayarlamasını otomatikleştirmek ve iyileştirmek için etkili bir metodoloji olarak doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis explores the application of metaheuristic optimization algorithms to enhance Proportional-Integral-Derivative (PID) controller tuning for tricopter unmanned aerial vehicles (UAVs), with particular emphasis on Particle Swarm Optimization (PSO). The research addresses the unique control challenges presented by tricopter configurations, including mechanical asymmetry, servo-mediated yaw dynamics, and inherent roll-yaw coupling that complicate traditional PID tuning methodologies. Through a comprehensive literature review and practical MATLAB case studies, this work demonstrates that metaheuristic algorithms specifically PSO and Differential Evolution (DE) significantly outperform classical tuning approaches. The optimized controllers achieved an 80.3% reduction in Integral Time-weighted Absolute Error (ITAE) and a 50.8% improvement in settling time compared to manually tuned counterparts, while maintaining stability with minimal overshoot (0.1%). Both algorithms converged to identical optimal parameter sets (K_p=0.175, K_i=2.000, K_d=0.124), suggesting a globally optimal solution for the tested system. The study contributes to the underexplored domain of tricopter control optimization by providing a systematic framework for applying metaheuristic algorithms to complex UAV dynamics. While utilizing simplified models for conceptual demonstration, the research establishes a foundation for future development of comprehensive 6-DOF tricopter simulations and experimental implementations. The findings validate metaheuristic optimization as an effective methodology for automating and enhancing PID tuning in aerial vehicle control systems, with particular relevance for platforms exhibiting complex nonlinear dynamics like the tricopter.
Benzer Tezler
- Comparison of energy storage systems for frequency regulation
Frekans regülasyonu icin enerji depolama sistemlerinin karşılaştırılması
ALIYU GARBA IBRAHIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET METE VURAL
- Dört rotorlu bir insansız hava aracının otonom uçuşu için optimum kontrolcü tasarımı
Optimal controller design for autonomous flight of a quadcopter
EMRE BALTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Havacılık ve Uzay MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN HASAN ÇOPUR
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN HÜSEYİN BİLGİÇ
- Kalp pili için PID kontrolör tasarımı ve optimizasyonu
PID controller desġgn and optimisation for cardiac pacemaker
KAĞAN ORBAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Bakırçay ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SAĞBAŞ
- İdeal olmayan da-da düşürücü dönüştürücüler için optimal kesir dereceli pıd denetleyici tasarımı
Optimal fractional order pid controller design for non-ideal dc-dc buck converters
CİHAN ERSALI
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBatman ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARAN HEKİMOĞLU
- İyileştirilmiş elektro arama optimizasyon algoritması ile meta sezgisel yaklaşım
Meta-heuristic approach with improved electro search optimization algorithm
İNAYET HAKKI ÇİZMECİ
Doktora
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSelçuk ÜniversitesiBilişim Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM ALPASLAN ALTUN