Agile flight trajectory tracking through differential flatness
Farksal monotonluk ıle agresıf uçuş rota takıbı
- Tez No: 513579
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. EMRE KOYUNCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 53
Özet
Bu tez, iki temel sorunun cevabınıvermektedir. ˙Ilk soru ¸sudur: UAV ve dronelar için uygun bir yörünge nasıl daha hızlıve verimli bir ¸sekilde tasarlanır? Ve ikincisi: Tasarlanan yörüngeyi minimum hesaplama çabasıve maksimum hassasiyetle nasıl takip edeblirim? ˙Ilk soruya bir cevap vermek için, uçu¸s ortamında (way points) bir dizi koordinatın interpolasyonu önerilmektedir. Way points, uçu¸s ortamının uygun bölgelerine konumlandırıldı˘gından dolayı, way pointlerde interpolasyon yapan herhangi bir çizgi veya e˘gri, bize geometrik olarak uygulanabilirli˘gi garanti edilen bir yörünge sa˘glar. Operatörün seçimine ba˘glıolarak, bu way pointler manuel veya otomatik olarak tanımlanabilir. ˙Ikinci durumda, Rapidly-exploring Random Trees önerilen bir algoritmadır. Way pointsin interpolasyonu için matematiksel araç basis spline'dır. Bu araç, belirli sayıda süreklilik ile birbirine ba˘glıaynısipari¸se ait bir dizi birle¸stirilmi¸s polinom sa˘glar ve basis splinelar parametrik bir araç oldu˘gundan, zamanla kolayca ili¸skilidir. ˙Ikinci soruya cevap vermek için kontrol sistemlerinin farksal monotonlu˘gunun kullanılmasıönerilmektedir. ˙Ilk olarak, droneların ve sabit kanatlıUAV'lerin dinami˘ginin farksal monoton oldu˘gu gösterilmi¸stir. Daha sonra, position vector olarak düz outputu seçerek, sistemlerin tüm inputlarınıve durumlarınıyörüngeye ba˘glayabildi˘gimizi gösterilmi¸stir. Yörünge, bir basis spline e˘grisi oldu˘gundan, her input ve dinamik parametre, basis spline'ın kontrol noktalarına ba˘glıdır. Bu nedenle, basis spline'ın control pointleri üzerinde sequential quadratic programming yapılırken, inputlar dahil olmak üzere herhangi bir dinamik parametre üzerinde e¸sitsizlik kısıtlamalarıtanımlayabiliriz. ˙Ilk ve son durum, optimizasyon probleminde e¸sitlik kısıtlamasıtanımlanarak da kar¸sılanabilir. Way points yörüngenin olu¸sumunda çok kritik bir rol oynar. çevrenin geometrik olarak uygun bölgelerine yerle¸stirilirler ve ortamdaki bazıengeller dinamik ise, bu bölgeler de sürekli de˘gi¸sir. Bu sebeple, yeni pozisyonuna ba˘glıolarak, bir engel her hareket etti˘ginde, yeni bir dizi yol puanı(Wnew) izlemeliyiz. Wnew'e dayanan tüm yörüngenin rejenerasyonu cevap de˘gildir. Tüm yörüngenin rejenerasyonu ile, durumların dizisinde bir süreksizlik olacaktır ve araç için bu süreksizli˘gin gerçekle¸stirilmesi fiziksel olarak mümkün de˘gildir. Bu sorunun cevabıB-spline'ın yerel yayılımınıkullanmaktır. Denklem 3.2 'den elde edilen t p bize yakla¸sık t ve herW için rendezvous sa˘glar.
Özet (Çeviri)
The trajectory planning and tracking problem in aerial vehicles with the constraints becomes highly-challenging due to the complexity of their dynamics. This paper focuses on a real-time agile flight trajectory generation methodology through differential flatness description. The differential flatness enables an effective dimension reduction, therefore, enables a real-time solution to the problem. The desired flat output is parametrized with b-spline and the control points of the splines are obtained through a sequential quadratic programming, which maximizes proximity of the b-spline curve to some predefined waypoints as well as smoothing at predefined level. Thus, trajectory tracking problem is translated into an optimization problem such that resulting optimal feasible trajectory meets all the given and dynamical constraints. For the simulation and validation purpose, we have shown application of this methodology to both fixed-wing and multi-rotor systems and compared their maneuvers for a given set of waypoints. Finally, through knot and control point insertion, real time trajectory re-planning is addressed.
Benzer Tezler
- High-speed trajectory replanning and trajectory tracking for collision avoidance
Çarpışma önlemek için yüksek hızlı rota planlama ve rota takibi
MEHMET HASANZADE
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE KOYUNCU
- Differential flatness-based fuzzy controller design for aggressive maneuvering of quadcopters
Çok rotorlu hava araçlarının agresif manevra kontrolü için diferansiyel düzlük tabanlı bulanık kontrolör tasarımı
ÇAĞRI GÜZAY
Doktora
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR
- Incremental nonlinear dynamic inversion based trajectory tracking controller for an agile quadrotor
Çevik bir döner kanat hava aracı artımlı doğrusal olmayan dinamik ters çevirme tabanlı yörünge izleme denetleyicisi
EMRE SALDIRAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ
- 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
- Robust and intelligent control of unmanned aerial vehicles
İnsansız hava araçlarının akıllı ve gürbüz kontrolü
ABDURRAHMAN BAYRAK
Doktora
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHacettepe ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖNDER EFE