İha sürüleri için enerji yönetim sistemi ve enerji paylaşımı algoritmalarının geliştirilmesi
Development of energy management system and energy sharing algorithms for drone swarms
- Tez No: 960685
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERCAN İZGİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Bu çalışmada, insansız hava aracı (İHA) sürülerinin uzun süreli görevlerde karşılaştığı enerji kısıtlamalarını aşmak ve operasyonel sürekliliği artırmak amacıyla yeni bir enerji yönetim sistemi ve enerji paylaşım algoritmaları geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem, birden fazla kontrol ve optimizasyon bileşenini bütünleşik biçimde içermektedir: (1) formasyon düzenini koruyarak hedefe yönelimi sağlayan Oransal Integral Türevsel (Proportional Integral Derivative, PID) tabanlı kontrol sistemi, (2) uçuş kararlılığı ve takip doğruluğu için genetik algoritma (GA) ile optimize edilmiş PID parametreleri, (3) çarpışma riskini azaltmak amacıyla uygulanan yapay potansiyel alan yöntemi, (4) enerji paylaşımı sırasında hizalanma ve kararlılık için tanımlanan duraklama tabanlı aktarım protokolü, (5) düşük enerji seviyeli İHA'ların görev dışı kalmasını önleyen dinamik lider değişimi stratejisi ve (6) enerji verimliliğini artırmak amacıyla kullanılan kablosuz enerji transferi (wireless power transfer, WPT) mekanizması. Simülasyon sürecinde her bir İHA sabit kapasiteli lityum-polimer batarya ile donatılmıştır. Enerji paylaşımı, WPT teknolojisi ile belirli bir mesafe ve sabit verimlilik koşullarında modellenmiştir. MATLAB ortamında gerçekleştirilen senaryo tabanlı testler sonucunda, önerilen lider rotasyonu ve enerji paylaşımı mekanizmaları görev süresini %28 oranında uzatmış, enerji dengesizliğini %98 oranında azaltmıştır. Ayrıca, enerji eşiği tabanlı lider değişimiyle, kritik seviyeye ulaşan İHA'ların sistem dışı kalması önlenmiştir. Bu tez, enerji paylaşımı, liderlik stratejileri, batarya yönetimi ve kontrol sistemlerini bütüncül bir çerçevede birleştirerek uzun süreli görevler için enerji verimliliğini artırmaya yönelik önemli katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study presents the development of a novel energy management system and energy-sharing algorithms aimed at overcoming the energy constraints faced by unmanned aerial vehicle (UAV) swarms during long-duration missions and enhancing operational continuity. The proposed system integrates multiple control and optimization components: (1) a PID-based control system that ensures the swarm maintains formation and navigates toward its target, (2) PID parameters optimized by a genetic algorithm (GA) for flight stability and tracking accuracy, (3) an artificial potential field method to minimize collision risk, (4) a pause-based transfer protocol for physical alignment and stability during energy sharing, (5) a dynamic leader-switching strategy to prevent low-energy UAVs from dropping out of the mission, and (6) a wireless power transfer (WPT) mechanism to improve energy transfer efficiency. In the simulation process, each UAV is equipped with a fixed-capacity lithium- polymer (Li-Po) battery. The energy-sharing strategy is modeled using WPT within a specific distance and with constant efficiency. All algorithms were implemented in MATLAB and tested through scenario-based simulations involving a swarm of five UAVs. Simulation results show that the proposed leader rotation and energy- sharing mechanisms extended mission duration by 28% compared to traditional fixed-leader models and reduced energy imbalance (standard deviation) by 98%. Moreover, the energy threshold-based leader switching prevented UAVs from dropping out due to critical battery levels. Throughout a 400-second mission, the swarm successfully maintained both formation and energy integrity. This thesis offers a holistic energy management framework for UAV swarms by unifying energy sharing, leadership strategies, battery management, and control systems—elements typically studied separately in the literature—thus contributing significantly to energy efficiency in long-duration missions.
Benzer Tezler
- Dört pervaneli bir mini-İHA'nın hibrit PEMFC/batarya tasarımıyla uçuş performansının arttırılması
Enhancing the flight performance of a quadcopter mini-UAV with ahybrid PEMFC/battery design
MURAT KAYAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENCER ÜNAL
- Gelecek nesil haberleşme sistemlerinde insansız hava araçları için kaynak yönetim teknikleri
Resource management techniques for unmanned aerial vehicles in next generation communication systems
UYGAR DEMİR
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENK TOKER
- Resilient ultra dense networks under UAV coverage for disaster management
Afet yönetiminde İHA'lar ile dayanıklı ultra yoğun ağlar
ELİF BOZKAYA
Doktora
İngilizce
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BERK CANBERK
- Adaptive position based efficient communication for military operations using UAV-enabled flying ad hoc network (drone) network
Başlık çevirisi yok
ALMUNTADHER MAHMOOD ABDULWAHID ALWHELAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADİL DENİZ DURU
- Common gearbox design for pusher and tractor type propulsion systems in unmanned air vehicles
İnsansız hava araçlarında itici ve çekici tip itki sistemleri için ortak dişli kutusu tasarımı
İBRAHİM ETHEM KAZANCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiEnerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEVZİ BEDİR