Dört rotorlu hava araçları için duruş ve açısal hız kontrol sistemleri tasarımı ve benzetimi
Design and simulation of attitude and angular rate control systems for quadrotor aerial vehicles
- Tez No: 850533
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUMİN TOLGA EMİRLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Bu tez, dört rotorlu insansız bir hava aracının gereksinimler ve performans kriterleri doğrultusunda kontrol sistem tasarımına odaklanmaktadır. Yapısı gereği kararsız olan bu sistem, günümüzde kontrol alanında büyük bir öneme ve çalışma alanına sahiptir. Çalışma, hava araçları için hayati önem taşıyan duruş kontrolü ve açısal hız kontrolüne yoğunlaşmaktadır. Temel hedef, gimbal kilidinden kurtulmak için kuaterniyon tabanlı bir duruş kontrol mekanizması kullanmak ve açısal hız kontrolcüsüyle iç çevrimi kontrol etmektir. Araştırma, iç içe geçmiş bir kontrol yapısına sahiptir. Dışarıdan, duruş kontrolcüsü açısal hız kontrol sisteminin komutlarını belirler. İç çevrim için tasarlanacak doğrusal kontrol tekniği, sistem dengesi noktasında doğrusallaştırılıp açısal hız çevriminin transfer fonksiyonu elde edilmiştir. İç çevrim açısal hız kontrolcüsünün kazanç değerleri, D–kararlılığını, kazanç payı ve faz payı gereksinimlerini sağlayan parametre uzayı çözüm alanından seçilmiştir. Ayrıca, sistemin bozucu etkiler altındaki performans kaybını engellemek amacıyla bozucu kestirimi sisteme entegre edilmiştir. Bu şekilde, sistemden beklenen performans kriterleri ve hava aracının istenilen hareketleri gerçekleştirmesi sağlanmıştır. Elde edilen doğrusal modelde kontrolcü yapısı ve kazanç değerleri, MATLAB/Simulink ortamında hava aracının doğrusal olmayan modelini taklit ederek simülasyon modeli oluşturmak için kullanılmıştır. Bu sayede, sistem performansı gerçek dünyaya daha yakın olan doğrusal olmayan simülasyon test ortamında test edilebilecektir. Gerçekleştirilen simülasyon testlerinde, farklı kontrol teknikleri kullanılarak elde edilen kazanç değerleri ile sonuçlar karşılaştırılmıştır. Kontrol yapısının doğrusal ve doğrusal olmayan durumlardaki performans sonuçları incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis focuses on the design of a control system for a quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) in line with its requirements and performance criteria. Being inherently unstable, this system holds significant importance and serves as a substantial area of study within the field of control today. The research concentrates on critical aspects of UAVs, primarily on attitude control and angular velocity control. The primary objective is to employ a quaternion-based attitude control mechanism to eliminate gimbal lock and manage the inner loop through an angular velocity controller. The study embraces an interlinked control structure where the attitude controller externally determines commands for the angular velocity control system. A linear control technique, designed for the inner loop, is linearized around the system's equilibrium point to derive the transfer function of the angular velocity loop. The gain values of the angular velocity controller are chosen from the parameter space solution domain, meeting requirements such as D-stability, gain margin, and phase margin. Additionally, disturbance estimation is integrated into the system to prevent performance degradation under external disturbances, ensuring the system achieves the anticipated performance criteria and executes the desired UAV maneuvers. The controller structure and gain values obtained from the linear model were utilized in MATLAB/Simulink to replicate the nonlinear model of the UAV, creating a simulation model. This approach allows testing the system's performance in a nonlinear simulation environment, closely resembling real-world conditions. In the conducted simulation tests, gain values obtained from various control techniques were compared alongside their respective outcomes. The performance results of the control structure in both linear and nonlinear scenarios were thoroughly analyzed.
Benzer Tezler
- Differential flatness-based fuzzy controller design for aggressive maneuvering of quadcopters
Çok rotorlu hava araçlarının agresif manevra kontrolü için diferansiyel düzlük tabanlı bulanık kontrolör tasarımı
ÇAĞRI GÜZAY
Doktora
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR
- 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
- Trajectory tracking control of a quadrotor with reinforcement learning
Pekiştirmeli öğrenme ile bir quadrotor'un yörünge takip kontrolü
EREN ÇAKMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA DOĞAN
- Dört rotorlu insansız hava araçları için STM32f4 mikroişlemci üzerinde uçuş kontrol yazılımının geliştirilmesi ve uygulanması
Development and application of flight control software based on STM32f4 microprocessor for quadrotor unmanned air vehicle
BERKAY GÜRKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mekatronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASFİ EMRE ÖMÜRLÜ
- Stability analysis and autonomous control of conventional and tilted quadcopters
Klasik ve eğik rotorlu dört rotorlu insansız hava aracının otomatik kontrolü ve kararlılık analizi
İBRAHİM KÖSEOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT