Modeling and nonlinear adaptive control of an aerial manipulation system
Bir havada manipulasyon sisteminin modellenmesi ve doğrusal olmayan uyarlamalı denetimi
- Tez No: 556768
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ÜNEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Otonom hava araçları birçok sivil ve askeri uygulamanın önemli bir parçası haline gelmiştir. Bu araçların çalışma alanı ve çevikliği, kontrol mimarilerini ve mekanik yapılandırmalarını ele alan çeşitli çalışmalarla sonuçlanan büyük araştırma ilgisini motive etti. Artan özerklik, tehlikeli ve zorlu ortamlarda gözetleme, denetim ve uzaktan algılama gibi görevleri gerçekleştirmelerini sağladı. Devam eden araştırmalar, hem teoride hem de pratikte topluma daha fazla katkı vaad etmektedir. Geniş uygulamalarını daha da genişletmek için, hava robotları çevre ile fiziksel etkileşimi sağlayan araçlarla donatılmaktadır. Bu görevler, teknolojik kısıtlamaların yanı sıra, sistemin kontrolü istenen işlemleri verimli ve istikrarlı bir şekilde yapması için gerekli karmaşık yöntemlerin bulunmamasından dolayı büyük bir zorluk teşkil etmektedir. Havada manipülasyonun modelleme ve kontrol sorunu, hala bu konuları farklı bakış açılarından ele alan birçok çalışmanın yer aldığı açık bir araştırma konusudur. Bu tez, bir havada manipülasyon sisteminin (AMS) doğrusal olmayan uyarlanabilir kontrolü ile ilgilidir. Bu sistem, 2 serbestlik dereceli (DOF) manipülatör ile donatılmış bir quadrotordan oluşur. Sistemin tam modellenmesi Euler-Lagrange yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Dış ve iç kontrol döngülerinden oluşan hiyerarşik bir doğrusal olmayan kontrol şeması kullanılmıştır. Model Referans Uyarlamalı Kontrolcü (MRAC), quadrotoru manipülatörden gelen belirsizlikler ve reaksiyon kuvvetleri varlığında referans yörünge üzerinde hareket etmeye zorlamak için gerekli komut sinyallerinin üretildiği dış döngü için tasarlanmıştır. İç döngü için, quadrotorun açısal dinamikleri ve 2-DOF robot kolunun eklem dinamikleri, AMS'nin tamamen harekete geçirilmiş 5-DOF bütünleşik parçası olarak dikkate alınmaktadır. Ataletlerdeki değişikliklerin dikkate alındığı düşük seviye kontrolcüsü için doğrusal olmayan uyarlamalı kontrol kullanılmıştır. Önerilen kontrolcü belirsizlikler, rüzgar bozucu etkisi ve ölçüm gürültüsü varlığında yüksek sadakatli bir AMS modelinde test edilmiş ve tatmin edici yörünge izleme performansının yanı sıra sistemin gürbüzlüğü iyileştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Autonomous aerial robots have become an essential part of many civilian and military applications. The workspace and agility of these vehicles motivated great research interest resulting in various studies addressing their control architectures and mechanical configurations. Increasing autonomy enabled them to perform tasks such as surveillance, inspection and remote sensing in hazardous and challenging environments. The ongoing research promises further contributions to the society, in both theory and practice. To furthermore extend their vast applications, aerial robots are equipped with the tools to enable physical interaction with the environment. These tasks represent a great challenge due to the technological limitations as well as the lack of sophisticated methods necessary for the control of the system to perform desired operations in an efficient and stable manner. Modeling and control problem of an aerial manipulation is still an open research topic with many studies addressing these issues from different perspectives. This thesis deals with the nonlinear adaptive control of an aerial manipulation system (AMS). The system consists of a quadrotor equipped with a 2 degrees of freedom (DOF) manipulator. The complete modeling of the system is done using the Euler-Lagrange method. A hierarchical nonlinear control structure which consists of outer and inner control loops has been utilized. Model Reference Adaptive Controller (MRAC) is designed for the outer loop where the required command signals are generated to force the quadrotor to move on a reference trajectory in the presence of mass uncertainties and reaction forces coming from the manipulator. For the inner loop, the attitude dynamics of the quadrotor and the joint dynamics of the 2-DOF robotic arm are considered as a fully actuated 5-DOF unified part of the AMS. Nonlinear adaptive control has been utilized for the low-level controller where the changes in inertias have been considered. The proposed controller is tested on a high fidelity AMS model in the presence of uncertainties, wind disturbances and measurement noise, and satisfactory trajectory tracking performance with improved robustness is achieved.
Benzer Tezler
- 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
- 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
- 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
- Sabit kanatlı İHA için uyarlamalı daldırma ve değişmezlik yöntemiyle sabit bozucuların kestirici tasarımı
Disturbance estimator design with adaptive immersion and invariance method for fixed wing UAV
BESTE SEZEN YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAPRAK YALÇIN
- 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