Çeşitli yük ve farklı irtifa koşullarında dört pervaneli insansız hava aracı'nın anahtarlamalı bulanık mantık tabanlı kontrolü
Switching-based fuzzy logic supervisory control of a quadcopter under varying payload and altitude conditions
- Tez No: 958983
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YAVUZ EREN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- 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: 81
Özet
Dört pervaneli insansız hava araçları (DPİHA), önceden tanımlanmış görevleri otonom olarak gerçekleştirebilen insansız hava araç çeşitlerinden (İHA) biridir. Kargo taşımacılığı, arama ve kurtarma, tarım, askeri operasyonlar ve eğlence faaliyetleri gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılırlar. Ancak bu faaliyetlerde DPİHA'nın uçuş dinamiklerinin kontrolü, değişen yük ve irtifa koşulları altında bizlere, uçuş güvenliği için riskler oluşturabilmektedir. Çalışmamızda, bir DPİHA'nın değişen yük ve irtifa koşullarında uyum sağlayabilmesi ve kontrollü uçuşu sürdürebilmesi için Oransal-İntegral-Türev (PID) denetleyiciler tasarlanmıştır. Uçuş performansını iyileştirmek için önce bu denetleyicilere anahtarlama tabanlı algoritma yöntemi, ardından bulanık mantık tabanlı kontrol yöntemi ve son olarak anahtarlamalı bulanık mantık kontrol yöntemi uygulanmıştır. Bu yaklaşımlar, sistemin en uygun PID parametrelerini dinamik olarak seçmesine izin vererek değişen koşullar altında sistem kararlılığını artırmayı amaçlamıştır. Bu bağlamda, DPİHA modelimiz belirli bir çalışma noktasında doğrusallaştırılıp, her koşul için on sekiz farklı PID parametre seti hesaplanmıştır. Daha sonra bu parametreler, etkinliklerini değerlendirmek için doğrusal olmayan modele uygulanmıştır. Simülasyon sonuçları ile yük ve irtifadaki değişikliklerden kaynaklanan büyük sapmaların anahtarlama yöntemiyle azaltıldığı gösterilmiştir. Ancak yöntemin PID parametrelerini seçmedeki yavaş tepkisi, bazı anlarda aşmalara sebep olmuştur. Daha sonra parametreler, daha kararlı ve kontrollü uçuş davranışı sağlayan bulanık mantık kontrolü (BMK) ile test edilmiştir. BMK'nın doğruluk açısından iyi sonuç vermesine rağmen, on sekiz çıktısı nedeniyle hesaplama süresini uzattığı gözlemlenmiştir. Bu sebeple PID çıktıları, yükseklik ve ağırlık değişimi olarak iki pakete ayrılmış ve seçim anahtarlama algoritması ile yapılmıştır. Uygulanan bu anahtarlamalı bulanık mantık tabanlı kontrol algoritması ile hem PID değerlerinin doğru seçildiği hem de tekil kullanılan bulanık mantık yöntemine göre daha hızlı çalıştığı gözlemlenmiştir. Son olarak modelimiz, bir kargo teslimat senaryosu ile simüle edilmiş ve operasyonların farklı irtifa ve yük koşullarında güvenli şekilde gerçekleştiği gösterilmiştir. Sonuç olarak, çalışmamızda, DPİHA için değişken yük ve irtifa koşulları altında anahtarlamalı bulanık mantık tabanlı kontrolör yönteminin, sabit hesaplanan PID kontrolörlere göre daha kararlı ve güvenli uçuş sağladığı gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Quadrotor unmanned aerial vehicles (UAVs) are a type of UAV capable of autonomously performing predefined missions. They are widely used in cargo transport, search and rescue, agriculture, military operations, and entertainment. However, controlling their flight dynamics under varying payload and altitude conditions presents flight safety risks. In this study, simple Proportional Integral Derivative (PID) controllers were designed for a quadrotor UAV to adapt and maintain controlled flight under changing payload and altitude. To improve flight performance, first a switching-based algorithm was applied to these controllers, then a fuzzy logic control method, and finally a switching fuzzy logic control method. These approaches aimed to increase system stability by allowing dynamic selection of optimal PID parameters. Our UAV model was linearized at a specific operating point, and eighteen PID parameter sets were calculated for each condition. These were then applied to the nonlinear model for evaluation. Simulations showed that large deviations caused by payload and altitude changes were significantly reduced by the switching method. However, the slow response of this method in selecting PID parameters caused slight overshoots at times. Then, fuzzy logic control (FLC) was tested, which provided more stable flight behavior. Although FLC was accurate, its eighteen outputs increased computation time and affected performance. Therefore, PID outputs were divided into two packages based on altitude and weight changes, and package selection was performed via a switching algorithm. This switching fuzzy logic control algorithm selected PID values correctly and operated faster than standalone fuzzy logic. Finally, the model was simulated in a cargo delivery scenario, showing safe and successful package drops under various conditions. In conclusion, the switching fuzzy logic control method for quadrotor UAVs under varying payload and altitude conditions provides more stable and safe flight than fixed parameter PID controllers.
Benzer Tezler
- Target UAV conceptual design optimization using multi-objective genetic algorithm
Çok amaçlı genetik algoritma kullanılarak hedef iha kavramsal tasarım optimizasyonu
ERDEM ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOL
- Rocket engine altitude test facility design and 1D altitude simulation of IoX/LH2 propellant rocket engine
Roket irtifa test düzeneği tasarımı ve IoX/LH2 yakıtlı roket motorunun 1D irtifa simülasyonu
İSMAİL ÖZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FIRAT OĞUZ EDİS
- Gain scheduling-based control design for full authority digital engine control of turboshaft engines in helicopter applications
Helikopter uygulamaları için turboşaft motorların tam yetkili sayısal motor kontrolü (FADEC) amacıyla kazanç zamanlamalı kontrol tasarımı
MASOUD NOROUZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT
- A transformer-based archıtecture: The ınformer model for uav power consumptıon estımatıon
İha güç tüketimi tahmini için transformer tabanlı ınformer modeli
AHMET KAAN DURMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLAY ÖKE GÜNEL
- Stability analysis of nonlinear systems and upset recovery strategies for agile maneuvering aircraft
Nonlineer sistemlerin kararlılık analizi ve çevik manevra yapan uçaklar için güvenli uçuşa dönme stratejileri
BATUHAN HOŞTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZIM KEMAL ÜRE