Döner kanatlı iha'lar için konvolüsyonel model öngörülü kontrol
Convolutional model predictive control for rotary-wing uavs
- Tez No: 946111
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM ARSLAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ MEMDUH SUVEREN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Döner kanatlı İHA'lar, özellikle quadrotorlar, çeşitli uygulamalardaki çeviklikleri ve çok yönlülükleri sayesinde yaygın bir kullanım alanı bulmuştur. Bu sistemlerin doğrusal olmayan ve eksik tahrikli dinamikleri, kararlı ve verimli bir operasyon sağlamak için gelişmiş kontrol stratejileri gerektirmektedir. Model Öngörülü Kontrol (MPC), performansı optimize etme ve sistem kısıtlarını dikkate alma yeteneğiyle bu zorlukları ele almak için öne çıkan bir yöntem haline gelmiştir. Geleneksel MPC çerçevelerinde, kuadratik maliyet fonksiyonunun ağırlık matrisleri (Q ve R) başlangıçta ayarlandıktan sonra sabit kalır, bu da dinamik senaryolarda uyarlanabilirliği sınırlar. Bu çalışma, maliyet fonksiyonu ağırlıklarını gerçek zamanlı olarak dinamik bir şekilde ayarlayan yenilikçi bir Konvolüsyonel Model Öngörülü Kontrol (CMPC) çerçevesi sunmaktadır. Belirli bir kontrol sinyaliyle yapılan konvolüsyon işlemi sayesinde, CMPC, iteratif adaptif yöntemlere kıyasla daha düşük hesaplama karmaşıklığı ile yüksek bir duyarlılık sağlamaktadır. Önerilen CMPC çerçevesi, zaman-optimal yol parametrelendirmesi ve minimum snap yörünge planlamasına dayalı iki zorlu yörünge ile bir quadrotor platformunda test edilmiştir. Bu simülasyonlar, CMPC'nin yüksek performanslı hareket gereksinimleri altında etkili bir şekilde uyum sağlama yeteneğini ortaya koymaktadır. Sonuçlar, CMPC'nin Doğrusal, Doğrusal Olmayan ve Adaptif MPC ile LQR gibi geleneksel yöntemlere kıyasla daha düşük izleme hatası ve azaltılmış enerji tüketimi sağladığını göstermektedir. Hesaplama verimliliği ile kontrol hassasiyeti arasındaki dengeyi başarıyla sağlayan CMPC, dinamik ve kaynak kısıtlı kontrol uygulamaları için umut verici bir çözüm sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Rotary-wing UAVs, particularly quadrotors, have gained widespread use due to their agility and versatility in various applications. Their nonlinear and underactuated dynamics necessitate advanced control strategies to achieve stable and efficient operation. Model Predictive Control (MPC) has become a prominent method for addressing these challenges, offering the ability to optimize performance while considering system constraints. In traditional MPC frameworks, the quadratic cost function's weighting matrices (Q and R) are fixed after initial tuning, limiting adaptability in dynamic scenarios. This study introduces Convolutional Model Predictive Control (CMPC), a novel framework that dynamically adjusts cost function weights in real-time through convolution with a predefined control signal. Unlike iterative adaptive methods, CMPC reduces computational complexity while maintaining high responsiveness. The proposed CMPC framework is validated on a quadrotor platform with two challenging trajectories: one using time-optimal path parametrization and the other employing minimum snap trajectory planning. These simulations demonstrate CMPC's ability to adapt effectively under high-performance motion requirements. Results show that CMPC outperforms traditional MPC methods, including Linear, Nonlinear, and Adaptive MPCs, as well as LQR, by achieving lower tracking errors and reduced energy consumption. Its balance between computational efficiency and control precision highlights CMPC as a promising solution for dynamic and resource-constrained control applications.
Benzer Tezler
- Döner kanatlı İHA'lar için optik ve örüntü tanıma tabanlı otonom hassas iniş sistemi geliştirilmesi
Developing an optical and pattern recognition based precision landing system for rotary wing UAVs
KÜBRA PEHLİVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mekatronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN ERDAL
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ DOĞAN
- Döner kanatlı İHA'lar için otonom şarj istasyonu
Autonomous charging station for rotary wing UAVs
HAKAN ÜÇGÜN
Doktora
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CÜNEYT BAYILMIŞ
PROF. DR. UĞUR YÜZGEÇ
- Döner kanatlı İHA otonom iniş denetleme yazılımının geliştirilmesi
The development of rotary wing UAV landing control software
ÇAĞRI ÇİÇEKDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR YÜZGEÇ
- İnsansız hava araçlarında görüntü işleme tabanlı iniş sistemi tasarımı ve gerçeklemesi
Design and realization of vision based landing algorithm for unmanned aerial vehicle
ALİ VURGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mekatronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN YEŞİLDİREK
- Model öngörülü kontrol yöntemi ile sabit kanatlı insansız hava aracının çok amaçlı yörünge optimizasyonu
Multi objective trajectory optimization of fixed wing unmanned aerial vehicle using model predictive control method
ABDURRAHMAN TALHA YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL KESKİN