İHA'lar için uçuş kontrol kartı tasarımı ve kalman filtre tabanlı uçuş konum kontrolü
Flight control board design and kalman filter based flight position control for UAVs
- Tez No: 873271
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER AYDOĞDU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Teknolojinin gelişimiyle birlikte İnsansız Hava Araçlarının (İHA) sivil ve askeri alanlarda yaygın olarak kullanımının arttığı bilinmektedir. Özellikle dikey iniş kalkış yapabilen 4 motorlu İHA'ların yüksek manevra kabiliyeti, küçük boyutu ve otonom uçuş yeteneği gibi önemli özelliklere sahip olması, kullanım alanını genişletmiştir. Bu tez çalışmasında, İHA'lar için özgün bir kontrol kartı tasarımı ve Kalman Filtreleri ile yüksek doğrulukla ölçme ve denge kontrol işlemlerinin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada ilk olarak genel amaçlı bir uçuş kontrol kartı tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Uçuş kontrol kartında ARM Cortex-M4 tabanlı bir mikrodenetleyici olan STM32F401RCT6 mikrodenetleyici kullanılmış ve denge ölçümleri çoklu sensör grubu içinde ataletsel ölçüm birimi (IMU sensörlerle) sağlanmıştır. Çalışmada daha sonra, İHA'lar için oluşturulan deneysel kontrol donanımının ardından, kontrol yazılımında IMU sensörden alınan sinyaller Kalman filtreleri ile anlamlı ve kararlı sinyallere dönüştürülmüş ve kontrol döngüsü için hazır hale getirilmiştir. Özgün olarak geliştirilen uçuş kontrol kartı, donanım olarak bir İHA için gerekli tüm otonom uçuş kontrol gereksinimlerini sağlayabilecek özelliktedir. Geliştirilen sistemde uçuş kontrol yazılımı iki ana bölümden oluşmaktadır. Birincisi, sensörlerden gelen gürültülü ve gecikmeli verileri filtreleyerek ve tahmin ederek kontrolcüye daha anlamlı ve daha doğru bilgiler sağlayan tahmin edici bölümdür. Burada sensörlerden gelen verileri birleştirerek daha doğru ve güvenilir bir durum tahmini sağlayan Kalman filtreler ve sensör füzyonu algoritmaları birlikte kullanılmıştır. Uçuş kontrol yazılımı ikinci kısımda, İHA'nın açısal hız, açı, doğrusal hız ve konum gibi değişkenlerini kontrol eden denetleyici algoritmaları bulunmaktadır. Deneysel çalışmada, tasarlanan uçuş kontrol kartının kapalı çevrim denge kontrolü testi için en temel denetleyici yapısı olan PID kontrol kullanılmıştır. Test çalışmalarında sabit bir referans açıya yerleşme, kare dalga formunda düzenlenen referans açılara yerleşme, bozucu etkilere karşı davranışlar gözlenmiştir. Ayrıca Kalman Filtresinin etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlardan, tasarlanan uçuş kontrol kartının denge deneylerinde oldukça başarılı olduğu, başarılı bir uçuş kontrol için filtreleme, özellikle Kalman Filtresi, Sensör Füzyonu gibi tamamlayıcı algoritmaların kararlılığı etkilediği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
It is known that the widespread use of unmanned aerial vehicles (UAVs) in civil and military areas has increased with the development of technology. Especially the 4-engine UAVs, which can take off and land vertically, have important features such as high maneuverability, small size and autonomous flight ability, and have expanded their usage area. In this thesis study, it is aimed to design a unique control card for UAVs and to perform high accuracy measurement and balance control operations with Kalman Filters. In the study, firstly, a general purpose flight control card was designed and implemented. STM32F401RCT6 microcontroller, an ARM Cortex-M4 based microcontroller, was used in the flight control card and balance measurements were provided with IMU sensors. Later in the study, after the experimental control hardware created for UAVs, the signals received from the IMU sensor in the control software were converted into meaningful and stable signals with Kalman filters and made ready for the control cycle. The indigenously developed flight control card is hardware capable of providing all the autonomous flight control requirements required for a UAV. In the developed system, the flight control software consists of two main parts. The first is the predictive section, which provides more meaningful and accurate information to the controller by filtering and predicting noisy and delayed data from sensors. Here, Kalman filters and sensor fusion algorithms are used together, which provide a more accurate and reliable situation estimation by combining data from sensors. In the second part of the flight control software, there are controller algorithms that control the UAV's variables such as angular speed, angle, linear speed and position. In the experimental study, PID control, the most basic controller structure, was used for the closed-loop stability control test of the designed flight control card. In the test studies, settling to a fixed reference angle, settling to reference angles arranged in a square wave form, and behavior against disturbing effects were observed. Additionally, the effects of the Kalman Filter were examined experimentally. From the experimental results, it has been seen that the designed flight control card is quite successful in stability experiments, and complementary algorithms such as filtering, especially Kalman Filter, Sensor Fusion, affect thestability for a successful flight control.
Benzer Tezler
- A fuzzy logic based real-time air-to-air attack algorithm for unmanned combat air vehicles
Savaşan İHA'lar için bulanık mantık tabanlı gerçek zamanlı hava saldırı algoritması
HASAN İŞCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLAY ÖKE GÜNEL
- 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
- 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
- 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
- Measurement based air to air and air to ground drone communication channel modeling
Ölçüm tabanlı havadan havaya ve havadan yere drone iletişim kanalı modelleme
BURAK EDE
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN