Analysis and control of a bio-inspired aerial vehicle with an actively controlled abdomen-like appendage
Aktif olarak kontrol edilen biyo-esinlenilmiş abdominal uzuvlu bir hava aracının analizi ve kontrolü
- Tez No: 765555
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 126
Özet
Hayvanlar anatomik olarak, çoklu motorlar ve yüksek bant genişlikli algılayıcılardan oluşan kontrol sistemlerine sahiptir. Bu karmaşık mekanizmaları onlara yürüme, zıplama ve uçuş sırasında yüksek manevra kabiliyeti ve ataletsel stabilizasyon performansı sağlar. Havada hareket açısından bakıldığında, uçabilen böceklerin baş pozisyonlarını karın kası refleksleri ile stabilize ettiği görülmüştür. Göğüs-karın ekleminin hareketi, vücutlarının açısal momentumun korunumu yasasına göre yeniden yönlendirilmesine katkıda bulunur. Manevra kabiliyetinin temeli ivmelenmeye dayalı olduğundan, gövde dengesini bozmadan ivmeyi arttırmak kuyruk ve karın gibi eklentiler ile sağlanır. Uçabilen böceklerin yüksek düzeyde tahrik edebildikleri karın kaslarının varlığı, manevra kabiliyeti açısından mevcut hava araçlarındaki önemli eksikliklerden biridir. Bu çalışmada, aktif olarak kontrol edilen karın benzeri eklentiye sahip, biyo-esinlenilmiş bir hava aracı morfolojisi önererek bu eklentinin uçuş kontrolüne katkısını inceledik. Sistemin doğrusal olmayan dinamik modelinin türetilmesi ve optimizasyon tabanlı kontrolcü tasarımları olan Lineer Kuadratik Regülatör (LQR), Model Öngürülü Kontrol (MPC) ve Uyarlamalı Model Öngörülü Kontrol (A-MPC) ile bu eklentinin avantaj ve dezavantajlarının araştırılmasını amaçladık. Önerdiğimiz hava aracı morfolojisinin analizini örnekleme tabanlı komşuluk grafiği yaklaşımını A-MPC stratejisiyle birleştirme fikrine dayanan bir hareket planlama algoritması uygulayarak tamamladık. Simülasyon ortamında yapılan deneyler ile, eklentinin hava araçlarının stabilizasyonunu ve manevra kabiliyetini geliştirdiğini ve uyguladığımız hareket planlama yapısının sistemin kararlılığını durum ve girdi kısıtlarını ihlal etmeden sağladığını test sonuçları ile gösterdik.
Özet (Çeviri)
Animals' anatomies have control systems combined with multi motors and highbandwidth sensors. Their complicated mechanisms give them high maneuverability with sufficient inertial stabilization performance during walking, jumping, and flying. From the point of aerial locomotion, flying insects use abdomen reflexes to stabilize their head positions. Articulation of the thoracic–abdominal joint contributes to the reorientation of their bodies over the law of conservation of angular momentum. Since acceleration is a fundamental component of maneuverability, increasing the acceleration without destabilizing the body is achieved with additional appendages such as the tail and abdomen. The presence of highly actuated abdominal muscles is an essential feature of these natural flyers conspicuously missing from the current aerial vehicles regarding maneuverability. In the scope of the thesis, we propose a bio-inspired aerial vehicle morphology with an actively controlled abdomen-like appendage. This study takes steps toward understanding the contribution of such an appendage to flight control. We aim to investigate the advantages and disadvantages of the abdomen-like appendage mounted on multi-rotor aerial vehicles by constructing the dynamical model and designing optimization-based controllers; Linear Quadratic Regulator (LQR), Model Predictive Control (MPC), and Adaptive Model Predictive Control (A-MPC).We complete our analysis with a motion planning algorithm based on the idea of combining the sampling-based neighborhood graph approach with the A-MPC strategy. We demonstrate through simulation experiments that the appendage improves the stability and maneuverability of aerial vehicles, and the resulting motion planning structure with A-MPC ensures that the state and input constraints are not violated.
Benzer Tezler
- Kanat çırpma hareketi bulunan dinamik sistemlerin stabilizasyonu
Stabilization of dynamic systems with wing flapping motion
MUSTAFA KAAN ATİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUĞAN
- Design, characterization, optimization, modeling and control of a bio-inspired fin based actuator system
Bio-esinlenilmiş yüzgeç tabanlı bir eyleyici sisteminin tasarımı, karakterizasyonu, optimizasyonu, modellenmesi ve kontrolü
ATAKAN DURMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
- Nanoscale and bio-inspired communication techniques for the internet of bio-nano things
Biyo-nano nesnelerin interneti için nano-ölçekli ve biyolojik-esinli haberleşme teknikleri
MURAT KUŞCU
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR BARIŞ AKAN
- Design and analysis of a novel buffer management model for reliable content dissemination
Güvenilir içerik dağıtımı için yeni bir ara bellek yönetim modelinin tasarım ve analizi
EMRAH AHİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MİNE ÇAĞLAR
YRD. DOÇ. DR. ÖZNUR ÖZKASAP
- Vatoz balığı hareketleri incelenerek biyoilham ile geliştirilen sualtı robotunun mekatronik sistem tasarımı ve analizi
The mechatronics system design and analysis of the developed underwater robot bio-inspired by manta ray motions
ALİ RIZA SAPMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Gedik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAVAŞ DİLİBAL