Sabit kanatlı insansız hava araçları için ivme geribeslemeli kontrolcü tasarımı ve yeni bir açısal ivme kestirim yöntemi
Acceleration feedback controller design for fixed-wing uavs and a novel angular acceleration estimation method
- Tez No: 729713
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Uçak Mühendisliği, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Aeronautical Engineering, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Geri bildirim, INS, MEMS, Sabit kanatlı hava araçları, İnsansız hava aracı, İstikrar, Feedback, INS, MEMS, Fixed-wing aircraft, Unmanned aerial vehicle, Stability
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Atmosferik bozucular İnsansız Hava Araçlarının (İHA) ve dolayısıyla kamera ve lazer işaretleyici gibi faydalı yüklerin stabilizasyon başarımını olumsuz yönde etkiler. Atmosferik bozucuların platform üzerindeki ilk etkileri doğrusal ve açısal ivmeler olmaktadır. Bu ivmeler zamanla birikerek hız, pozisyon ve yönelim hataları oluşturmaktadırlar. İvme geribeslemeli kontrolcüler, bozucuların platform üzerindeki ilk etkileri olan ivmeleri hemen algılayıp geri besledikleri için bozucu bastırmada hız ve konum geribeslemeli kontrolcülere göre daha iyi performans gösterebilir. Fakat yönelim kontrolünde gerekli olan açısal ivme ölçümü zordur ve genellikle stokastik filtreler yardımı ile kestirilmektedirler. Bu yöntemlerin doğasında var olan gecikmeler, ivme geribeslemenin bozucu bastırma başarımındaki iyileşmeyi azaltmaktadır. Bu tez çalışmasında sabit kanatlı mini bir İHA'nın, yunuslama ve yalpalama stabilizasyonu için açısal ivme geribeslemeli kontrolcüler tasarlanmıştır. Kontrolcülerin bozucu bastırma performanslarının klasik konum ve hız kontrolcülere göre sağladığı iyileştirme, yüksek sadakatli modelleme ve benzetim çalışmalarıyla gösterilmiştir. Benzetim çalışması için elde hazır olan bir sabit kanatlı mini İHA'nın aerodinamik modelleme araçları ile aerodinamik parametreleri çıkarılmıştır. Uçağın dinamiklerinde önemli rolü olan ağırlık merkezi ve eylemsizlik momentleri de detaylı bir katı modelleme çalışması ile elde edilmiştir. Bu doktora tezinde tasarlanan açısal ivme geribeslemeli kontrolcülere tamamlayıcı olarak açısal ivmelerin doğrudan ölçülebileceği, gerçeklenmesi kolay, yeni bir düzlemsel ataletsel sensör konfigürasyonu önerilmiştir. Gerçek MEMS sensörlerin gürültü parametreleri ile önerilen ölçüm yönteminin hata analizi yapılarak açısal ivme ölçümlerinin hata seviyeleri ortaya konmuştur. Önerilen yöntemin başarımı, sensör modelleri ile birlikte benzetim yapılarak da gösterilmiştir. Önerilen ölçüm sisteminin modeli, uçak modeli ve tasarlanan kontrolcüler ile bir benzetim ortamı oluşturulmuş ve farklı tipte yapay bozucu momentler uygulanarak stabilizasyon başarımı değerlendirilmiştir. Bu tez çalışmasında önerilen açısal ivme geribeslemeli kontrolcülerin ve açısal ivme ölçüm yönteminin, sabit kanatlı mini İHA'larda farklı bozucu etkiler altında yalpalama ve yunuslama stabilizasyon başarımını iyileştirdiği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Atmospheric disturbances degrade the stabilization performances of Unmanned Air Vehicles (UAV) and hence their payloads like camera and laser tracker. The very first effects of atmospheric disturbances are observed on platform's linear and angular accelerations. In acceleration feedback control since the first effects of disturbances are immediately sensed and fed back, the disturbance rejection can manifest better performance compared to velocity and position control. However, the angular acceleration required in the attitude control is hard to measure and conventionally estimated by stochastic filters. The structural delays of such filters decrease the improvement achieved by acceleration feedback. In this thesis, angular acceleration feedback controllers are designed for pitch and roll stabilization of a fixed-wing mini UAV. The provided improvement in disturbance rejection is presented with high fidelity modelling and simulation. A mini fixed-wing UAV in hand is modelled using aerodynamic modelling tools to obtain its aerodynamic coefficients and derivatives. Inertia matrix and center of gravity, which highly affect the dynamic behavior are determined through a detailed solid modelling process. In this dissertation, angular acceleration feedback controllers are supplemented with a proposed novel planar inertial sensor configuration by which angular acceleration can be directly calculated from the accelerometer and gyroscope outputs. The errors of the proposed measurement system is theoretically presented and the noise levels of the obtained angular acceleration signals are determined. The performance of the proposed sensor configuration is also shown by means of computer simulations. A simulation environment is realized with the models of the proposed angular acceleration measurement system, UAV and the controllers. Experiments are conducted with different types of disturbances and the disturbance rejection performance is evaluated. It is shown that, with the proposed angular acceleration feedback controllers and the angular acceleration measurement method roll and pitch stabilization performance of fixed wing mini UAVs can be improved.
Benzer Tezler
- Bazı esterlerin kinetik incelenmesi ve termodinamik parametrelerin belirlenmesi
Kinetic study and detesmination of thermodnamic parameters of some esters
İBRAHİM TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEBE
- Üzüm sularının pastörizasyonu ve kontsantresi sırasında hidroksimetilfurfural oluşumu üzerinde bir araştırma
Başlık çevirisi yok
ŞERİFE ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiTarım Ürünleri Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN URAL
- Buğday ekiminin mekanik esasları üzerinde bir araştırma
Başlık çevirisi yok
ADNAN DEĞİRMENCİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
ZiraatEge ÜniversitesiTarımsal Mekanizasyon Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMET ÖNAL
- Sera domates üretiminde aşı uygulaması ile elde edilen çift kök sistemine sahip domateslerin verim ve kalite yönünden üstünlükleri üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
ALİ DİZDAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
ZiraatEge ÜniversitesiBahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAHRETTİN MECİT
- Üniversitelerdeki öğrenci işlerinin mikrobilgisayarlar yardımı ile çözümlenmesine ilişkin bir araştırma
Başlık çevirisi yok
SAİT ESLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEge ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HALİL ŞENGONCA