Nonlinear modeling and flight control system design of an unmanned aerial vehicle
Bir insansız hava aracının doğrusal olmayan modellemesi ve uçuş kontrol sistemi tasarımı
- Tez No: 201902
- Danışmanlar: PROF. DR. TUNA BALKAN, PROF. DR. BÜLENT PLATİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: İHA, Doğrusal Olmayan Modelleme, Trim, Doğrusallaştırma, Dinamik Kararlılık, Doğrusal Kontrol, Klasik Uçuş Kontrolü, Optimal Uçuş Kontrolü, Simulink Tepki Eniyilemesi, Doğrusal Kuadratik Kontrolcü (DKK), Toplam Enerji Kontrol Sistemi, Hedef Sıfırlar, Kazanç Seçimi, UAV, Nonlinear Modeling, Trim, Linearization, Dynamic Stability, Linear Control, Classical Flight Control, Optimal Flight Control, Simulink Response Optimization (SRO), Linear Quadratic (LQ) Controller, Total Energy Control System (TECS), Target Zeros, Gain Scheduling
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 250
Özet
Doğrusal olmayan bir insansız hava aracı (İHA) benzetim modeli, eyleyiciler, yer çekimi, atmosfer, rüzgar-türbülans modelleri gibi sistem bileşenlerinin yanısıra, 6 serbestlik dereceli hareket denklemlerindeki aerodinamik bileşenler de göz önüne alınarak MATLAB®/Simulink® ortamında geliştirilmiştir. Geliştirilen doğrusal olmayan modelin trim ve doğrusallaştırılması işlemleri gerçekleştirilmiş ve ilgili analizler yapılmıştır. Model, açık döngü dinamik kararlılık karakteristikleri açısından benzer bir İHA verisiyle karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Klasik ve optimal olmak üzere başlıca iki yaklaşım kullanılarak, doğrusal kontrolcüler tasarlanmıştır. Klasik yaklaşım için, MATLAB®/Simulink® ? Simulink Tepki Eniyilemesi aracı kullanılırken, optimal yaklaşım için yine MATLAB® tarafından ortaya konulan araçların yardımıyla doğrusal-kuadratik tasarım metodu kullanılmıştır. Kontrolcüler, yatış, baş, koordineli dönüş, uçuş yolu açısı, yunuslama, yükseklik, ve hız kontrolü gibi bütün düşük seviye kontrol fonksiyonlarının yerine getirilebilmesi amaçlı tasarlanmıştır. Bu doğrusal kontrolcüler, yükseklik ve hıza göre kazanç seçimi, sarsım durum değişkenleri ve kontrol girdileriyle bağlantılı olarak kontrolcü girdi doğrusallaştırması ve kontrolcü yapılarında yer alan integrallerin ilgili kontrol girdisinin sınırlarına ulaşması sonucu integrasyona devam etmesini önleme amaçlı uygulamalar ile doğrusal olmayan modele entegre edilmişlerdir. İki ayrı kontrolcü ile kontrol edilen doğrusal olmayan model benzetim tepkileri askeri uçuş kontrol gereksinimleri temel alınarak karşılaştırılmıştır. Endüstride sıkça kullanılan bu iki kontrolcünün avantaj ve dezavantajları incelenmiş ve tartışılmıştır. Bu sonuçlar tasarımcının kendisi tarafından üzerinde çalışılan projenin tasarım kriterlerine göre değerlendirilecektir.
Özet (Çeviri)
The nonlinear simulation model of an unmanned aerial vehicle (UAV) in MATLAB®/Simulink® environment is developed by taking into consideration all the possible major system components such as actuators, gravity, engine, atmosphere, wind-turbulence models, as well as the aerodynamics components in the 6 DOF equations of motion. Trim and linearization of the developed nonlinear model are accomplished and various related analyses are carried out. The model is validated by comparing with a similar UAV data in terms of open loop dynamic stability characteristics. Using two main approaches; namely, classical and optimal, linear controllers are designed. For the classical approach, Simulink Response Optimization (SRO) tool of MATLAB®/Simulink® is utilized, whereas for the optimal controller approach, linear quadratic (LQ) controller design method is implemented, again by the help of the tools put forth by MATLAB®. The controllers are designed for control of roll, heading, coordinated turn, flight path, pitch, altitude, and airspeed, i.e., for the achievement of all low-level control functions. These linear controllers are integrated into the nonlinear model, by carrying out gain scheduling with respect to airspeed and altitude, controller input linearization regarding the perturbed states and control inputs, and anti integral wind-up scheme regarding the possible wind-up of the integrators in the controller structures. The responses of the nonlinear model controlled with the two controllers are compared based on the military flight control requirements. The advantages and disadvantages of these two frequently used controllers in industry are investigated and discussed. These results are to be evaluated by the designers themselves based on the design criteria of a project that is worked on.
Benzer Tezler
- DÖRT ROTORLU İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI İÇİN VERİYE DAYALI KONTROL SİSTEM TASARIMI
DATA DRIVEN CONTROL SYSTEM DESIGN FOR QUADROTOR UNMANNED AERIAL VEHICLES
ATAKAN YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN
- A model based flight control system design approach for micro aerial vehicles using integrated flight testing and hil simulations
Küçük boyutlu insansız hava araçları üzerinde sistem tanılama, uçuş kontrol sistem tasarımı ve donanım ile benzetim uygulamaları
BURAK YÜKSEK
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN
- Modeling and control of a fixed wing unmanned aerial vehicle
Sabit kanatlı bir insansız hava aracının modellenmesi ve kontrolü
BURAK YÜKSEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜLAY ÖKE
- Analysis, design and control of an autonomous drone delivery system
Otonom drone teslimat sisteminin analiz, tasarım ve kontrolü
MERT TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ BIDIKLI
- A new nonlinear lifting line method for configuration aerodynamics and deep learning based aerodynamic surrogate models
Konfigürasyon aerodinamiği analizi ve derin öğrenme bazlı aerodinamik dijital model oluşturmak için yeni bir doğrusal olmayan taşıyıcı çizgi metodu
HASAN KARALİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ADİL YÜKSELEN
PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN