Dört rotorlu bir insansız hava aracının otonom uçuşu için optimum kontrolcü tasarımı
Optimal controller design for autonomous flight of a quadcopter
- Tez No: 799821
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN HASAN ÇOPUR, DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN HÜSEYİN BİLGİÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak Mühendisligi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Quadcopterler; askeri operasyonlarda, arama kurtarma faaliyetlerinde, tarımsal uygulamalarda, haritalama, gözetleme ve teslimat gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılan insansız hava araçlarıdır (İHA). Bir quadcopterin kararlı ve hassas kontrolünü sağlamak, güvenli ve verimli çalışma için çok önemlidir. PID (Orantılı-İntegral-Türev) denetleyici, quadcopter kontrolünde literatürde yaygın olarak kullanılan bir denetleyici tipidir. PID denetleyicisi, quadcopterin motor hızlarını sürekli olarak ayarlamak ve havadaki yönelimini ve konumunu kontrol etmek için sensörlerden gelen geri bildirimleri kullanır. Bu tez, quadcopterin PID kazançlarını metasezgisel algoritmalar yardımıyla optimum ayarlayarak uçuş performansını ve stabilitesini artıran etkili bir yöntem sunmaktadır. Bu tez kapsamında, çevrim dışı bir yaklaşım benimsenmiş ve Kaskat PID kontrolcü kazançlarının optimum değerlerini bulmak için metasezgisel algoritmalar kullanılmıştır. Quadcopterin PID parametreleri, Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO), Bozkurt Optimizasyonu (GWO), Yapay Arı Kolonisi (ABC) ve Diferansiyel Gelişim (DE) algoritmaları kullanılarak simülasyon ortamında optimize edilmiştir. Optimizasyon problemini çözmek için; İntegral Mutlak Hatası (IAE), İntegral Kare Hatası (ISE), İntegral Zaman Mutlak Hatası (ITAE) ve İntegral Zaman Kare Hatası (ITSE) olmak üzere dört farklı uygunluk fonksiyonu kullanılmıştır. Bu uygunluk fonksiyonları, quadcopterin doğrusal olmayan matematik modeli için ağırlıklandırma katsayıları ile özelleştirilmiştir ve arama algoritmaları tarafından minimize edilecek şekilde tasarlanmıştır. Daha sonra özelleştirilmiş uygunluk fonksiyonlarını minimize eden optimum kontrolcü kazançları belirlenmiştir. Kazançları optimize dilen Kaskat PID kontrolcüler, spiral ve kare yörünge üzerinde test edilmiştir. Kontrolcü performansları tablo ve grafikler halinde sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
A quadcopter is an unmanned aerial vehicle (UAV) widely used in various applications such as military, search and rescue, agriculture, mapping, surveillance, and delivery. For safe and efficient operations, it is critical to ensure stable and precise control of quadcopter. PID (Proportional-Integral-Derivative) controller is commonly used in quadcopter control in the literature. PID controller uses feedback information from sensors to continuously adjust the motor speeds of the quadcopter in the attitude and position control. This thesis offers an effective method that enhances flight performance and stability by tuning PID gains with the help of metaheuristic algorithms. Within the scope of this thesis, metaheuristic algorithms were utilized by using an offline approach to find the optimal values of the Cascade PID gains. The PID parameters of the quadcopter were optimized in a simulation environment using Particle Swarm Optimization (PSO), Grey Wolf Optimization (GWO), Artificial Bee Colony (ABC), and Differential Evolution (DE) algorithms. Four different fitness functions, Integral Absolute Error (IAE), Integral Square Error (ISE), Integral Time Absolute Error (ITAE), and Integral Time Square Error (ITSE), were used to solve the optimization problem. These fitness functions have been customized by using the weighting coefficients for the nonlinear mathematical model of the quadcopter and designed to be minimized by the research algorithms. Then the optimal controller gains minimizing the customized fitness functions were determined. The Cascade PID controllers whose gains were optimized were tested on spiral and square trajectories. The performances of the controllers were presented in tables and graphs.
Benzer Tezler
- Adaptive control of a novel tilt-roll rotor quadrotor UAV
Adaptif dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi ve kontrolü
ABDULKERİM FATİH ŞENKUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Modelling, control and implementation of an unmanned vertical take-off and landing aircraft
Dikey iniş kalkış yapabilen bir insansız hava aracının modellenmesi, kontrolü ve gerçeklenmesi
FARABİ AHMED TARHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- Görsel servo kontrol yöntemi ile bir insansız hava aracının kontrol edilmesi
Control of an unmanned aerial vehicle using visual servo control
ZEHRA CEREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Dört rotorlu bir hava aracının parametrelerinin optimizasyonu ve otonom kontrolü
Optimization of parameters and autonomous control of aquadrotor aircraft
MUHARREM SELİM CAN
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiSivil Havacılık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAMDİ ERCAN
- Öz ayarlamalı bulanık PID denetimli dört rotorlu insansız hava aracıyla otonom güzergah ve nesne takibi
Autonomous trajectory and object tracking with self tuning fuzzy PID controlled quadrotor unmanned aerial vehicle
BATIKAN ERDEM DEMİR
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKarabük ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAİF BAYIR