Bir dörtpervanelinin modellenmesi ve denetimi
Modeling and control of a quadrotor
- Tez No: 493911
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN DEMİRCİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 150
Özet
Bu tez çalışmasında 'Dörtpervaneli' olarak isimlendirilen, İnsansız Hava Aracı'nın modellenmesi ve denetimi konuları ele alınmıştır. Dikey iniş kalkış yapabilen dörtpervaneli temel hareketlerini, çapraz ya da artı yapıda bütünleştirilmiş kollarına yerleştirilen dört adet rotor ve bu rotorlara bağlı pervanelerin dönme hızlarını ayarlayarak gerçekleştirir. Dörtpervanelinin temel hareketleri askıda kalma, yükselme, yunuslama, yuvarlanma ve sapma açısı oluşturmaktır. Pervane çiftlerinin farklı hızlarda dönmesiyle ağırlık merkezinde oluşan momentler ile dörtpervaneli ileri, geri, sağa veya sola gidebilmektedir. Bu çalışmada Newton-Euler denklem takımı kullanılarak dörtpervanelinin hareketlerini açıklayacak altı serbestlik dereceli matematiksel model elde edilmiştir. Doğrusal olmayan bir modele sahip olan dörtpervanelinin denetimi için doğrusal denetim yöntemlerinden PID ve Doğrusal Karesel Denetleyici; doğrusal olmayan denetim yöntemlerinden ise geriadımlamalı ve kayan kipli denetim tercih edilmiştir. Denetim için bazı ölçütler belirlenmiş ve bu ölçütlere uyan tasarımlar yapılmıştır. Tasarımlanan denetleyicilerin başarımları basamak tepkilerinden ve farklı senaryolarda verilen yörüngeleri takip etme yeteneklerinden gözlenmiştir. Gürbüz bir denetleyici, belirsizliklerden etkilenmeden sistem kararlılığını sürdürebilmelidir. Bu çalışmada tasarımlanan denetleyicilerin gürbüzlüğü bozucu bir etkiyi geri çevirme ve gürültülü altındaki davranışları üzerinden gözlemlenmiştir. Benzetim sonuçları, dörtpervanelinin PI denetim yöntemi hariç diğer yöntemler ile denetlenebildiğini göstermiştir. Yörünge takibinde en başarılı denetim yöntemi tek model üzerinden tasarımlanan Doğrusal Karesel Denetleyici olurken en gürbüz yöntem olarak da karşımıza çıkmaktadır. Ancak, diğer yöntemlerden daha çok denetim çabası harcadığı görülmüştür. PD denetimin ise diğer yöntemlere göre bozucu bir etki geldiğinde toparlanmasının daha zor olduğu görülmüştür. Bu çalışma ile doğrusal ve doğrusal olmayan denetim yöntemlerinden hangisinin dörtpervanelinin denetimi için daha uygun olduğunun tespit edilmesi amaçlanmıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis deals with the modeling and control of an Unmanned Aerial Vehicle called as 'quadrotor'. The quadrotor which is capable of vertically taking off and landing, does its basic movements by adjusting the rotational speeds of propellers fixed on four rotors which are mounted on a crossed or plus structured arms. These basic movements are hovering, rising, pitching, rolling and yawing. The quadrotor can go forward, backward, to the left or to the right by generating moments at its center of gravity. These moments occur when the propeller pairs rotate at different speeds. In this work, the quadrotor model is derived in order to describe these movements mathematically. The six degree of freedom model in body frame is provided by using the Newton-Euler equations The linear control methods such as PID and Linear Quadratic Regulator and the nonlinear control methods such as backstepping and sliding mode control are preferred to control the quadrotor which has a nonlinear model. All the controller designs are agreed with the pre-determined constraints. The performance of the control methods are observed by analyzing the step responses and the trajectory following success given with different scenarios. A robust system is insensitive to uncertainties. In this work the robustness of the designed control methods are tested by adding disturbance and noisy measurements to the system. The simulation results show that the quadrotor can be controlled by any methods given in this thesis except the PI controller. The most successful control method in following the trajectories is the Linear Quadratic Regulator designed over a single model it is also the most robust method. But it exhibits more control efforts than others. PD control is found to be more difficult to restabilize the quadrotor when its exposure to a disturbance compared to the other methods. With this study, it is aimed at determining which controller is more suitable to control a quadrotor.
Benzer Tezler
- Bir dörtpervanelinin gürbüz uyarlamalı güdümü ve kontrolü
Robust adaptive guidance and control of a quadcopter
YASER ALAIWI
Doktora
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP BURKAN
- Design and implementation of model predictive trajectory tracking controller for a quadcopter
Dört pervaneli insansız hava aracı için yörünge takip eden model öngörülü kontrolcü tasarımı ve uygulaması
KÜBRA HİLAL SALMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN ÖNCÜ
- Modeling and control of quadrotor formations carrying aslung load
Kol uçuşunda sarkan yük taşıyan dört pervanelilerinmodellemesi ve kontrolü
SEGUN OLUMIDE ARIYIBI
Doktora
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. OZAN TEKİNALP
- Development of a cooperative unmanned aerial vehicle for agricultural operations
Tarımsal operasyonlar için işbirliğine dayalı bir insansız hava aracının geliştirilmesi
EFE OĞUZHAN KARCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN ÖNCÜ
- Bir tekstil fabrikasında çalışan kadın işçilerde eğitimin aile planlaması konusundaki bilgi tutum ve davranışlarına etkisinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
SERDAR SARGIN
Doktora
Türkçe
1998
Halk SağlığıAnkara ÜniversitesiHalk Sağlığı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARSLAN TUNÇBİLEK