Geri Dön

Enerji tabanlı yaklaşımlarla insansız hava araçlarının kısmi durum geri beslemeli H_∞ bozucu bastırma etkili kontrolü

Control of unmanned aerial vehicles via an energy based approach with partial state feedback and H_∞ disturbance attenuation

PDF İndir

  1. Tez No: 980582
  2. Yazar: ERAY ÖZKURT
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. YAPRAK YALÇIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Hava araçlarındaki insan faktörünü azaltma isteği havacılık alanının bambaşka bir noktaya evrilmesine sebep oldu. Bu istek özellikle son 20 yılda insansız hava araçlarını hem akademik alanda hem de endüstri alanında popülerleştirip geliştirdi. Teknolojinin gelişmesi ile birlikte insansız hava araçları askeri, sivil ve akademik alanlarda kullanılmaya başlandı. Günümüzde askeri alanda çok sık kullanılan silahlı insansız hava araçları düşman bölgelerinde keşif ve taarruz görevlerini yerine getirmek amacıyla kullanıldı. Drone'lar ile dünyanın çeşitli yerlerinde gösteriler ve şovlar düzenlendi. Dizi ve film çekimlerinde helikopterlerin yerine drone'ların kullanımı başladı. Tarım, haritacılık, sağlık, acil yardım, afet ve risk yönetimi gibi alanlarda da büyük bir kullanım potansiyeline ulaştı. Bu kadar büyük öneme ve geniş kullanım alanına sahip olan insansız hava araçlarının kontrol ve manevra yeteneğini geliştirmek için araştırma ve geliştirme çalışmaları her geçen gün daha da arttı. İnsansız hava araçlarının en hızlı ve en etkili şekilde kontrol edilmesi amaçlandı. Bu tez çalışmasında ağır yükleri taşıyabilme ve herhangi bir motor arızasında güvenli bir şekilde hareketine devam edebilme yeteneğine sahip altı rotorlu Hexacopter hava aracının kontrolü problemi ele alındı. Hexacopter'in hareketi rotasyon ve öteleme hareketlerinden meydana gelir. Bu tez çalışmasında hem rotasyon hem de öteleme hareketlerinin hız ölçerlerin bulunmadığı kısmi geri beslemeli kontrolü için H_∞ bozucu bastırma etkili pasifliğe dayalı kısmi durum geribeslemeli (ölçülemeyen ötelemeli ve açısal hızlara bağlı fonksiyonlar için kestirici içeren) çift katmanlı geri adımlamalı kontrol yöntemi önerildi. Öncelikle, ölçülemeyen durumlara bağlı fonksiyonların kestirimi yerine parametre kestirimi problemini (tanker yükü) göz önünde bulundurarak geliştirilen pasifliğe dayalı uyarlamalı çift katmanlı geri adımlamalı kontrol yöntemi öklidyen koordinatlarda tanımlanmış bir tanker gemisinin uyarlamalı rota kontrolü problemi için uygulandı. İlk olarak, bu yöntem ile tasarlanan kontrolörün performansı herhangi bir bozucu etkinin olmadığı durum için incelendi. İkinci olarak, gemi modeline bir bozucu eklendi ve bu bozucu etkiye bozucu bastırma yöntemi uygulanmadan tasarlanan kontrolörün performansı incelendi. Son olarak, bozucu eklenmiş gemi modelinde bozucunun etkisini bastırmak için pasifliğe dayalı uyarlamalı çift katmanlı geri adımlamalı kontrol tasarımı H_∞ bozucu bastırma yöntemi ile birleştirilerek pasifliğe dayalı bir lineer olmayan kontrol yapısı uygulanarak tasarlanan kontrolörün performansı incelendi. Tasarlanan kontrolörlerin performansları MATLAB/SIMULINK yazılımında test edildi. Euler açıları ile tanımlanan Hexacopter'in lineer olmayan dinamik modeli on iki durum denklemi içerdiği ve önerilen yöntemin uygulanmasını zorlaştırdığı için bu tez çalışmasında hexacopter dört boyutlu hiper karmaşık uzayda dördey koordinatlar ile modellendi, parametre kestirimi yerine ölçülemeyen durumlara bağlı fonksiyon kestirimi göz önünde bulundurularak, Hexacopter'in rotasyon hareketi ve öteleme hareketi için pasifliğe dayalı kısmi geri beslemeli çift katmanlı geri adımlamalı ayrı ayrı iki kontrolör tasarlandı. Sonrasında bu kontrolörlere H_∞ bozucu bastırma özelliği eklenerek amaçlanan kontrol tasarımları oluşturuldu. Tasarlanan her iki kontrolörün de performansları bozucu etkilerin varlığında MATLAB/SIMULINK yazılımında test edildi. Bu tez çalışmasının sonunda önerilen pasifliğe dayalı uyarlamalı çift katmanlı geri adımlamalı kontrol yöntemi tanker gemisinin kontrol ve manevra kabiliyetini arttırdı. Gemi bozucusuz durumda istenilen rotayı başarılı bir şekilde takip edebildi, ancak bozuculu durumda istenilen rotayı bazı kontrol parametreleri için yeterince başarılı bir şekilde takip edemedi. Bozucu etkileri yok etmek için pasifliğe dayalı uyarlamalı çift katmanlı geri adımlamalı kontrolör tasarımı H_∞ bozucu bastırma yöntemi ile birleştirilerek pasifliğe dayalı bir lineer olmayan kontrol yapısı uygulandığında ise çok iyi bir sonuç elde edildi. Aynı şekilde, önerilen kontrol yöntemi Hexacopter'in de kontrol ve manevra kabiliyetini arttırdı. Hexacopter bozucusuz durumda istenilen rotasyon ve öteleme hareketlerini başarılı bir şekilde tamamlayabildi, ancak bozuculu durumda istenilen rotasyon ve öteleme hareketlerini yeterince başarılı bir şekilde tamamlayamadı. Bozucu etkileri yok etmek için pasifliğe dayalı uyarlamalı çift katmanlı geri adımlamalı kontrolör tasarımı H_∞ bozucu bastırma yöntemi ile birleştirilerek pasifliğe dayalı bir lineer olmayan kontrol yapısı uygulandığında ise çok iyi bir sonuç elde edildi.

Özet (Çeviri)

The desire of reducing human factor in the aerial vehicles has caused aviation field to evolve to a completely different point. This desire has popularised and developed unmanned aerial vehicles in both industrial and academic fields, especially in the last two decades. With the developments in technology, unmanned aerial vehicles began to be used in military, civil and academic fields. Armed unmanned aerial vehicles, which are very frequently used in the military today, were used to perform reconnaissance and attack missions in enemy areas. Entertainments and shows were held in various places of the world with drones. Drones began to be used instead of helicopters in series and movie shootings. It reached a great potential for use also in fields such as agriculture, cartography, health, emergency aid, disaster and risk management. Research and development studies increased day by day in order to improve the control and maneuvering capabilities of unmanned aerial vehicles, which have such a great importance and wide usage area. It was aimed to control unmanned aerial vehicles in the fastest and most effective way. In this thesis project, the control problem of a six-rotor Hexacopter aircraft which has the ability to carry heavy loads and continue its movement safely in case of any engine fault was discussed. The motion of the Hexacopter consists of rotational and translational movements. In this thesis project, for partial feedback control of both rotational and translational motions without speedometers, passivity based partial state-feedback (containing an estimator for the functions that depends on unmeasurable translational and angular velocities) double-layer backstepping control method which has H-infinity disturbance attenuation effect is proposed. First of all, the passivity based adaptive double-layer backstepping control method, which was developed by considering parameter estimation problem (tanker load) instead of the functions that depends on unmeasurable cases , was applied to the adaptive course control problem of a tanker ship which was defined in Euclidean coordinates. Firstly, the performance of the controller designed with this method was examined for the absence of any disturbance effect. Secondly, a disturbance was added to the ship model and the performance of the designed controller was examined without applying the disturbance attenuation method to this disturbance effect. Finally, the performance of the controller designed by combining the passivity based adaptive double-layer backstepping control design with the H-infinity disturbance attenuation method to attenuate the effect of the disturbance in the ship model with the disturbance was examined. The performances of the designed controllers were tested in MATLAB/SIMULINK software for three different cases. Since the nonlinear dynamic model of Hexacopter defined by Euler angles contains twelve state equations and makes the application of the proposed method difficult, the Hexacopter was modelled in four-dimensional hypercomplex space with quaternion coordinates. Considering estimation of functions that depends on unmeasurable cases instead of parameter estimation, two separate controllers with passivity based partial feedback double-layer backstepping was designed for rotational motion and translational motion of Hexacopter. Afterwards, the aimed control designs were created by adding the H-infinity disturbance attenuation feature to these controllers. The performances of both designed controllers in the presence of disturbance effects were tested in MATLAB/SIMULINK software as in the ship model. The passivity based adaptive/partial state-feedback double-layer backstepping control method which is proposed at the end of the thesis project increased the control and maneuver capability of the tanker ship. In the case without the disturbance, the tanker ship was able to follow the desired route successfully, but in the case with the disturbance, the ship was not able to follow the desired route successfully enough.A very good result was obtained when a passivity based nonlinear control structure which is obtained by combining the passivity based adaptive/partial state-feedback double-layer backstepping controller design with the H-infinite disturbance attenuation method to attenuate the disturbance effects was applied to the system. Likewise, the proposed control method increased the control and maneuver capability of the Hexacopter. In the case without the disturbance, Hexacopter was able to complete the desired rotational and translational motions successfully, but in the case with the disturbance, Hexacopter was not able to complete the desired rotational and translational motions successfully enough. A very good result was obtained when a passivity based nonlinear control structure which is obtained by combining the passivity based adaptive double-layer backstepping controller design with the H-infinity disturbance attenuation method to attenuate the disturbance effects was applied to the system.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    992443

    İnsansız hava araçları için batarya-yakıt hücresi hibrit enerji yönetim sisteminin geliştirilmesi

    Development of a battery-fuel cell hybrid energy management system for unmanned aerial vehicles

    BARAN KUL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE

  2. Tez No

    972067

    Domain adaptive visual inertial global localization in GNSS-denied environments

    GNSS olmayan ortamlarda görüntü uyarlamalı görsel-ataletsal küresel konum belirleme

    ABDÜLBAKİ ŞANLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE KOYUNCU

  3. Tez No

    927209

    Güneş-melez enerjili insansız hava aracı

    Solar-hybrid powered unmanned aerial vehicle

    SELİN ENGİN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Makine MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLYAS KANDEMİR

  4. Tez No

    1016642

    Yapay zekanın insansız hava araçlarının yeteneklerine etkisinin incelenmesi

    Examining the impact of artificial intelligence on the capabilities of unmanned aerial vehicles

    ALİ KAHYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Savunma ve Savunma TeknolojileriErciyes Üniversitesi

    Havacılık Elektrik ve Elektroniği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET KONAR

  5. Tez No

    1008551

    UAV-assisted energy-aware data collection in robotic wireless sensor networks under battery prediction error

    Pil tahmin hatası durumunda robotik kablosuz sensör ağlarında İHA destekli enerji bilinçli veri toplama

    BEYZA DURAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖMER MELİH GÜL

    PROF. DR. SEİFEDİNE KADRY

Geri Dön