Stabilization of quadcopter using the combination of LQR and SMC methods
LQR ve SMC yöntemlerinin kombinasyonuyla kuadcopter stabilizasyonu
- Tez No: 821441
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET KARAARSLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Kuakopter (aynı zamanda kuadrotor olarak da bilinir), her biri iki veya üç rotor kanadına sahip, uçağın merkezinden aynı mesafede konumlandırılmış dört rotordur. Son zamanlarda insansız hava araçları, basit yapıları ve yüksek performansları nedeniyle yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. Kuadcopter'in itme kuvveti, yönü ve yüksekliği, her bir rotorun dönüş hızı değiştirilerek değiştirilebilir. Kuadcopterlerin benzersiz özelliği, uçaklarını ve kontrol sistemlerini kendi ihtiyaçlarına göre tasarlayıp inşa edebilecek sahipleri tarafından özelleştirilebilmesidir. İHA'ların kontrolü, oldukça doğrusal olmayan özellikleri nedeniyle zor olsa da, kullanılan kontrolör, kuadcopter'ın irtifa, tutum ve yönünü başarılı bir şekilde kontrol etmek ve stabilize etmek için doğrusal olmayan ve doğrusal kontrolörün avantajlarından yararlanır. Denetleyicinin geliştirilmesinde, iki alt sisteme ayrılan kuadcopter'ın dinamik modelini elde etmek için NewtonEuler yöntemi uygulanır: düşük tahrikli alt sistem ve tam tahrikli alt sistem. Az çalıştırılan alt sistem, esas olarak, aracın konumunu ve tutumunu kontrol etmek için kullanılan iki döngüden (iç döngü ve dış döngü) oluşur. Dış döngü için LQR, iç döngü için SMC kullanılır. Tam çalıştırılan alt sistem, irtifa ve yön kontrolü için kullanılan bir SMC'dir Tüm kontrolör ve model MATLAB/Simulink kullanılarak gösterilmiş ve elde edilen sonuçlar kontrolörün farklı senaryolardaki performansını göstermektedir. Modeli oluşturmak için F450, Arduino Uno ve diğer donanım bileşenleri kullanıldı. Simülasyonun aksine uçuş sırasında yunuslama açısında küçük bir fark fark edildi. Sapma kontrolörünün öngörülemeyen performansı, sonraki çalışmalarda derinlemesine araştırma gerektirecek simülasyonlar ve testlerle karşılaştırıldığında bazı yetersiz performansı ortaya çıkardığı için not edildi. İrtifa stabilizasyonu, kontrolör tarafından oldukça iyi bir şekilde ele alındı. Kontrolör, quadcopter'ı oldukça iyi stabilize etmesine rağmen, pilin öngörülemeyen davranışı nedeniyle uzun bir süre uçmak zordu ve bu da ESC'lerden birinin arızalanmasına neden oldu.
Özet (Çeviri)
The quadcopter (also known as quadrotors) is simply four rotors positioned at the same distance from the center of the aircraft, each with two or three rotor blades. Recently, unmanned aerial vehicles have been extensively studied because of their simple construction and high performance. The thrust force, direction, and altitude of the quadcopter may all be changed by varying the rotation speed of each rotor. The unique feature of quadcopters is that they can be customized by their owners, who may design and construct their aircraft and control systems to suit their own needs. Although the control of UAVs is challenging due to their highly nonlinear characteristics, the controller used benefits from the advantages of the nonlinear and linear controller to successfully control and stabilize the quadcopter's altitude, attitude, and heading. In developing the controller, the Newton-Euler method is applied to obtain the dynamic model of the quadcopter, which is divided into two subsystems: the under-actuated subsystem and the full-actuated subsystem. The under-actuated subsystem consists of two loops (inner loop and outer loop), which are used to control the position and attitude of the vehicle. LQR is used for the outer loop, while SMC is used for the inner loop. The full-actuated subsystem is an SMC used for altitude and heading control. The entire controller and model were demonstrated using MATLAB/Simulink and obtained results show the performance of the controller in different scenarios. F450, Arduino Uno, and other hardware components were used to construct the model. A small difference in pitch angle was noticed during the flight, in contrast to the simulation. The yaw controller's unpredictable performance was noted, as it reveals some unsatisfactory performance when compared to simulations and tests, which will require in-depth investigation in subsequent works. Altitude stabilization was overseen well by the controller. Although the controller stabilized the quadcopter well, flying it for a prolonged period was challenging due to the battery's unpredictable behavior, which failed one of the ESCs.
Benzer Tezler
- Makine öğrenmesi ve görüntü işleme tekniklerini kullanarak drone ile yaprak sınıflandırma
Leaf classification with drone by using machine learning and image processing techniques
MEHMET ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZIM KEMAL ÜRE
- Modeling and attitude control of a quadcopter using model predictive controller
Dört rotorlu bir hava aracı modellemesi ve model öngörülü kontrolör ile yönelim kontrolü
CEMRE ESEMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN
- Dört rotorlu insansız hava aracı tasarımı ve analizi
Design and analsys multirotor unmanned aerial vehicle
ERDEM YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Havacılık MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RECEP EKİCİ
- Stabilization of landslides by piles in cohesive soils with special reference to group action reduction
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA SERDAR NALÇAKAN
Doktora
İngilizce
1999
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. UFUK ERGUN
- Stabilization of expansive soils using lime, cement and flyash
Şişen zeminlerin kireç, çimento ve uçucu kül kullanarak stabilizasyonu
TUBA İPEK (SİPAHİOĞLU)
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDAL ÇOKÇA