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: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Uçak Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- 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: 126
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
- Autopilot system and ground station software for UAV's
İnsansız hava araçları için oto pilot sistemi ve yer istasyonu yazılımı
SELMAN TOSUNOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RÜSTEM ASLAN
- Experimental investigation of flow characteristics of flexible wings with different stiffener orientations in linear translating motion
Farklı yönlerde destek çubuklarına sahip esnek kanatların doğrusal hareket boyunca akış karakteristiğinin deneysel olarak incelenmesi
HASAN HALİL KARAKAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA PERÇİN
- Sabit kanatlı insansız hava araçları için döngüde donanımsal benzetim platformu kullanarak çevrim-şekillendiren otopilot tasarımı
Loop shaping controller design for fixed wing aerial vehicles using hardware in the loop platform
EMRE ATLAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. COŞKU KASNAKOĞLU
- Sabit kanatlı insansız hava araçları için modelleme ve çevrim-şekillendiren kontrolcü tasarımı
Modeling and loop-shaping control design for fixed-wing unmanned aerial vehicles
ŞEYMA AKYÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. COŞKU KASNAKOĞLU
PROF. DR. ÜNVER KAYNAK
- Vision-aided landing for fixed wing unmanned aerial vehicle
Sabit kanatlı ınsansız hava araçları için görüntü işleme ile otomatik iniş
ENGİN ESİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ TÜRKER KUTAY