Data-driven reachability-based safety-critical control of fixed-wing aircraft
Veri odaklı, erişilebilirlik tabanlı, güvenlik açısından kritik sabit kanatlı uçakların kontrolü
- Tez No: 1012567
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA YILDIZ TAŞCIKARAOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, sabit kanatlı hava araçları için erişilebilirlik tabanlı, veri tetiklemeli ve veri odaklı bir Öngörülü Kontrol (DDPC) çerçevesi sunmaktadır. Önerilen yaklaşım, sistemin matematiksel modelinin bulunmadığı veya güvenilir bir modelin elde edilmesinin güç olduğu durumlarda, yalnızca giriş–çıkış uçuş verilerine dayanarak güvenli ve etkin bir kontrol stratejisi oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu kapsamda, uçuş verilerinden türetilen veri odaklı öngörücü yapı ile bozucu etkiler altında sistemin güvenlik kısıtlarının sağlanabilmesi için erişilebilirlik analizi bütünleştirilmiştir. Çalışmada, uçuş sırasında verilerin çevrim içi olarak güncellenmesi yüksek hesaplama maliyetine yol açtığı için, gereksiz kontrol güncellemelerini ve hesaplama yükünü azaltan bir veri tetikleme mekanizması geliştirilmiştir. Bu mekanizma sayesinde erişilebilirlik kümesi yalnızca tetikleme anlarında yeniden hesaplanmış ve böylece hem gerçek zamanlı uygulanabilirlik hem de sayısal verimlilik artırılmıştır. Önerilen yöntemin doğrulanmasında X-Plane 11 uçuş simülatörü kullanılmış ve testler B737-800 uçağı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Simülasyon ortamında farklı rüzgâr senaryoları da dahil edilerek bozucu etkiler altında kapsamlı performans değerlendirmeleri yapılmıştır. Seyir ve iniş olmak üzere iki uçuş senaryosu ele alınmış hem önceden toplanmış çevrimdışı verilerle hem de uçuş sırasında güncellenen çevrimiçi verilerle elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Erişilebilirlik analizi kullanılarak sistem için emniyet garantileri sağlanmıştır. Simülasyon sonuçları, geliştirilen erişilebilirlik tabanlı veri tetiklemeli DDPC yönteminin, sistem kararlılığını korurken daha hızlı yakınsama, artırılmış sağlamlık ve önemli ölçüde azaltılmış hesaplama süresi sunduğunu göstermektedir. Elde edilen bulgular, veri odaklı ve olay tetiklemeli öngörücü kontrolün, erişilebilirlik tabanlı güvenlik garantileriyle birleştirildiğinde, gerçek zamanlı ve kaynak açısından verimli hava aracı kontrolü için güçlü bir temel oluşturduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This dissertation presents a reachability-based, predictive control (DDPC) framework for fixed-wing aircraft, which integrates data triggered updates with data-driven modeling. The proposed approach aims to achieve safe and effective control in scenarios where the mathematical model of the system is unavailable or where obtaining a reliable model is challenging. To this end, a data-driven predictor constructed from input–output flight data is integrated with reachability analysis to ensure satisfaction of safety constraints under disturbances. Since updating the data in real time during flight significantly increases computational cost, a data-triggering mechanism is developed to reduce unnecessary control updates and computational burden. Through this mechanism, the reachable set is recomputed only at triggering instances, thereby enhancing both real-time applicability and numerical efficiency. The proposed method is validated using the X-Plane 11 Flight Simulator, with experiments conducted on a B737-800 aircraft model. Various wind disturbance scenarios are incorporated into the simulation environment to assess performance under adverse flight conditions. Two case studies, cruise control and landing control are investigated, and the results obtained using offline pre-collected data are compared with those derived from online updated data. Safety guarantees are provided through reachability analysis performed using the flight data pairs. Simulation results demonstrate that the proposed reachability-based data-triggered DDPC method achieves faster convergence, improved robustness, and significantly reduced computational effort while preserving system stability. The findings indicate that combining reachability-based safety guarantees with data-driven and event-triggered predictive control offers a strong foundation for real-time and resource-efficient aircraft control applications.
Benzer Tezler
- Güney Ege ve Batı Akdeniz bölgelerinde meydana gelen orman yangınlarının hava kalitesiyle olan ilişkisinin araştırılması
Investigation of the relationship between forest fires and air quality in the Southern Aegean and Western Mediterranean regions
CANSU AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRAH TUNCAY ÖZDEMİR
- Sensör tabanlı akıllı çözdürme için optimize edilmiş kontrol sistemi
Sensor based optimized control system for smart thawing
HAKAN ALTUNTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ
- Determination of paratransit accessibility: A methodological and empirical study of the collective fixed-route minibus system in Djibouti city
Ara toplu taşıma erişebilirliğinin belirlenmesi: Cibuti kentindeki sabit geçkili minibüs sistemi üzerine yöntemsel ve deneysel bir çalışma
MOKTAR IBRAHIM OMAR
Doktora
İngilizce
2026
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL SELÇUK ÖĞÜT
- Gıda sistemi krizine kentlerde çözüm arayışları: İstanbul'da alternatif yapılar, aktörler ve politikalar
Seeking solutions to the food system crises in cities: Alternative structures, actors and policies in İstanbul
CANSU İLHAN
Doktora
Türkçe
2024
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EBRU KERİMOĞLU
- Yolda giden taşıta etkileyen kuvvetlerin devrilme esnasında incelenmesi
Başlık çevirisi yok
O.FATİH NUROL