Robust controller design for a fixed-wing UAV using active disturbance cancellation
Aktif bozucu iptali kullanarak sabit kanatlı bir İHA için dayanıklı kontrolör tasarımı
- Tez No: 854180
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ÜNEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Otonom hava araçları, hem askeri hem de sivil uygulamalarda temel bileşenler haline gelmiş olup, keşif, gözetleme ve denetleme gibi görevlerde kritik roller oynamaktadır. Geniş bir kullanım alanına sahip olmaları nedeniyle, performanslarını daha da geliştirmeye yönelik geniş çaplı araştırma katkıları bulunmaktadır. Özerk hava araçlarıyla ilgili ana araştırma alanları arasında, otomatik pilotlarda kullanılan kontrol sistem mimarilerine yonelik araştırmalar özellikle önemlidir. Devam eden araştırmanın temel amacı, sadece dayanıklı değil aynı zamanda uygulamasının kolay ve maliyet etkili olacak şekilde diğer kriterleri de karşılayan kontrol mimarileri bulmaktır, bu da onları gerçek dunya uygulamaları için pratik hale getirir. Bu tez, sabit kanatlı bir İnsansız Hava Aracı (İHA) için dayanıklı bir denetleyici tasarımına odaklanarak, aktif bozucu iptal yöntemlerinin uygulanması yoluyla sabit kanatlı bir İHA'nın aerodinamiğindeki uzunlamasına kararsızlığı ele almaktadır. Yunuslama stabilizasyonu, Oransal-Integral-Turevsel (PID) kontrole dayalı bir kazanç programlamalı denetleyici kullanılarak elde edilmektedir. Kazanç programlamalı denetleyicinin dayanıklılıgını değerlendirmek amacıyla, İHA'nın farklı trim noktalarını temsil eden üç ayrı uçuş aşamasında simulasyonlar gerçekleştirilmiştir: deniz seviyesinde düz seviyede uçuş, çıkış uçuşu ve belirli bir yükseklikte düz seviyede uçuş. Bu simulasyonlar ayrı ayrı gerçekleştirilirken sabit bozucu ve Dryden rüzgar modeli tarafından üretilen bozucu kullanılmıştır. Bundan sonra, bir bozucu gözlemci, kazanç programlamalı denetleyiciye daha fazla dayanıklılık kazandırmak amacıyla bu denetleyiciye entegre edilmiştir. Daha sonra, nominal ve sabit bozucu senaryoları için Koşullu Integral Kayan Kipli Denetleyici (C-ISMC) tasarlanmış ve test edilmiştir ve kazanç programlamalı denetleyici ile karşılaştırmalı bir analiz yapılmıştır. Bunun ardından, bir bozucu gözlemci C-ISMC'ye entegre edilerek, rüzgar bozucusuna karşı dayanıklılığı değerlendirilmiştir. C-ISMC'den elde edilen sonuçlar, bozucu gozlemci temelli kazanç programlamalı denetleyiciden daha yüksek dayanıklılık sergilemektedir.
Özet (Çeviri)
Autonomous aerial vehicles have become integral components of both military and civilian applications, playing crucial roles in tasks such as reconnaissance, surveillance, and inspection. Given their widespread use, extensive research contributions aim to further enhance their performance. Among the key areas of investigation for autonomous aerial vehicles, research into control system architectures used in the autopilots stands out as particularly significant. The main aim of ongoing research is to find control architectures that are not only robust but also fulfill other criteria such as being easy to implement and cost-effective, making them practical for real-world applications. This thesis focuses on the robust controller design of a fixed-wing UAV through the application of active disturbance cancellation methods in addressing the longitudinal instability of a fixed-wing UAV's aerodynamics. Pitch stabilization is achieved through the utilization of a gain-scheduled controller based on Proportional-Integral-Derivative (PID) control. To evaluate the robustness of the gain-scheduled controller, simulations are conducted across three distinct flight stages representing different trim points of the UAV: steady-level flight at sea level, pull-up flight, and steady-level flight at a certain altitude. These simulations are carried out separately, introducing fixed disturbance and disturbance produced by the Dryden wind model. Following this, a disturbance observer is integrated into the gain-scheduled controller to further enhance its robustness. Subsequently, a Conditional Integral Sliding Mode Controller (C-ISMC) is designed and tested for both nominal and fixed disturbance scenarios, with a comparative analysis against the gain-scheduled controller. This was followed by the integration of a disturbance observer into the C-ISMC to evaluate its robustness against wind disturbance. Results obtained from the C-ISMC with a disturbance observer exhibits higher robustness than the disturbance observer based gain-scheduled controller.
Benzer Tezler
- A model based flight control system design approach for micro aerial vehicles using integrated flight testing and hil simulations
Küçük boyutlu insansız hava araçları üzerinde sistem tanılama, uçuş kontrol sistem tasarımı ve donanım ile benzetim uygulamaları
BURAK YÜKSEK
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN
- Kayan kipli kontrolcü kullanılarak sabit kanatlı insansız hava aracı için otopilot tasarımı
Design of autopilot for fixed wing unmanned aerial vehicle using sliding mode controller
UYGAR GÜNEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. COŞKU KASNAKOĞLU
- Design and analysis of a VTOL tilt-wing UAV
Dikey iniş ve kalkış yapabilen ve kanatlari döndürülebilen bir insansız hava aracının tasarımı ve analizi
HASAN ÇAKIR
Doktora
İngilizce
2020
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ
- A practical implementation of navigation and obstacle avoidance for quadcopters
Dört pervaneli helikopterler için bir engelden kaçınma ve seyrüsefer uygulaması
ONUR YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OVSANNA SETA ESTRADA
- Kapalı ortamlarda yerelleştirme ve haritalama için sensör füzyonu
Sensor fusion for gps denied environment for localization and mapping
HÜSEYİN BURAK KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ