Geri Dön

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

  1. Tez No: 730991
  2. Yazar: KÜBRA HİLAL SALMAN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN ÖNCÜ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 113

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

  1. 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

    İngilizce

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN GÖKAŞAN

  2. Öngörü işlevli kontrol ve Matlab'de uygulama tasarımı

    Predictive functional control and application design in Matlab

    NESLİHAN KARAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN

  3. Addressing parametric uncertainties in autonomous cargo ship heading control

    Otonom kargo gemisi yön kontrolündeki parametrik belirsizliklerin ele alınması

    AHMAD IRHAM JAMBAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. İSMAİL BAYEZİT

  4. 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

    İngilizce

    2024

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGEN AKALIN

  5. Development and implementation of a concurrent path following and body motion control system using a scale prototype vehicle

    Ölçekli prototip araçta yol takibi ve gövde hareketi kontrolü

    DOĞA DAĞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLKER TEMİZER

    DR. MELİH ÇAKMAKÇI