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
- Tez No: 730991
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN ÖNCÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Matlab, Yörünge kontrolü, İnsansız hava aracı, Matlab, Orbit control, Unmanned aerial vehicle
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, dört pervaneli bir insansız hava aracı (İHA) için yörünge takip kontrolcüsü tasarlanmış ve gerekli uçuş testleri yapılarak performansı değerlendirilmiştir. Kontrolcü yaklaşımı olarak, havacılıkta yeni popüler olan bir yöntem olan model önsezili kontrolcü (MPC) seçilmiştir. İlk olarak, Newton-Euler yaklaşımı ile dört pervanelinin doğrusal olmayan dinamik denklemleri türetilmiştir. Daha sonra bir kontrol algoritması oluşturulmuş ve algoritmanın çalışması için gerekli sensörler ve uçuş bilgisayarları ile birlikte bir dört pervaneli İHA sistemi üretilmiştir. Kontrol algoritması oluşturulurken, açık kaynaklı yazılım olan ArduPilot uçuş kontrol algoritması ile dört pervaneli İHA'nın duruş açılarının kontrol edilmesine karar verilmiştir. ArduPilot yazılımı, katmanlı PID kontrolcülerinden oluşan ve Pixhawk uçuş bilgisayarı üzerinde çalışan bir algoritmadır. MPC algoritması, türetilen doğrusal hareket denklemleri dikkate alınarak yörünge takibi için tasarlanmıştır. MATLAB ortamında oluşturulan simülasyon ile gerçek uçuş testleri öncesi denemeler yapılmış ve MPC'nin tasarım parametrelerine karar verilmiştir. Test edilen denetleyici yazılımı Python'da yazılmış ve bir Raspberry Pi bilgisayarında çalıştırılmıştır. Raspberry Pi ve Pixhawk uçuş bilgisayarları arasındaki iletişim sağlanmış, sistem uçuşa hazır hale getirilmiş ve yörünge takip testleri yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, a trajectory tracking controller was designed for a quadcopter unmanned aerial vehicle (UAV), and its performance was evaluated by performing the necessary flight tests. As the controller approach, the model predictive controller (MPC), a newly popular method in aviation, has been chosen. Firstly, nonlinear dynamic equations of quadcopter were derived by Newton-Euler approximation. Then, a control algorithm was created, and a quadcopter system was produced, together with the sensors and flight computers necessary for the algorithm to work. While creating the control algorithm, it was decided to control the angle of the quadcopter UAV with the ArduPilot flight control algorithm, which is open-source software. ArduPilot software is an algorithm consisting of cascaded PID controllers and runs on the Pixhawk flight computer. The MPC algorithm was designed for trajectory tracking by considering the derived linear equations of motion. With the simulation created in the MATLAB environment, trials were made before the real flight tests and the design parameters of the MPC were decided. The tested controller software was written in Python and run on a Raspberry Pi computer. The communication between Raspberry Pi and Pixhawk flight computers was ensured, the system was made ready for flight, and trajectory tracking tests were carried out.
Benzer Tezler
- Design and implementation of a torque-based predictive steering assistance for human-centered and safe automated driving
İnsan-merkezli ve güvenli otomatik sürüş için tork tabanlı öngörümlü direksiyon yardımcı sisteminin tasarımı ve gerçeklenmesi
ZİYA ERCAN
Doktora
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- Model predictive control and differential braking based steering redundancy for an autonomous vehicle
Otonom bir araç için model öngörülü kontrol ve diferansiyel frenleme tabanlı direksiyon yedekliliği
BAŞAR ZAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Otomotiv Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGEN AKALIN
- A novel real-time full parameters estimator and multi-purpose MPC for pmasynrms: A sparsity and parallelization based approach
Pmasynrmler için yenilikçi gerçek zamanlı tüm parametre kestirimcisi ve çok amaçlı bir MPC: Seyrek ve koşut zamanlı bir yaklaşım
ALPER TAP
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LALE ERGENE
- Evaluation of model-based predictive control methods in high-speed automated ground vehicle path following
Yüksek hızlı bir otonom kara taşıtının yörünge takibinde model bazlı öngörülü kontrol yöntemlerinin değerlendirilmesi
VOLKAN BEKİR YANGIN
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGEN AKALIN
- Öngörü işlevli kontrol ve Matlab'de uygulama tasarımı
Predictive functional control and application design in Matlab
NESLİHAN KARAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN