Geri Dön

Nonlinear modeling and flight control system design of an unmanned aerial vehicle

Bir insansız hava aracının doğrusal olmayan modellemesi ve uçuş kontrol sistemi tasarımı

  1. Tez No: 201902
  2. Yazar: DENİZ KARAKAŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TUNA BALKAN, PROF. DR. BÜLENT PLATİN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Havacılık Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
  6. 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
  7. Yıl: 2007
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    Türkçe

    2024

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN

  2. 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

    İngilizce

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN

  3. Modeling and control of a fixed wing unmanned aerial vehicle

    Sabit kanatlı bir insansız hava aracının modellenmesi ve kontrolü

    BURAK YÜKSEK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. GÜLAY ÖKE

  4. Analysis, design and control of an autonomous drone delivery system

    Otonom drone teslimat sisteminin analiz, tasarım ve kontrolü

    MERT TEKİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BARIŞ BIDIKLI

  5. 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

    İngilizce

    2020

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MAHMUT ADİL YÜKSELEN

    PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN