Geri Dön

Döner kanat insansız hava aracı otonom uçuş kontrol kartı gömülü yazılım uygulaması ve küresel konumlandırma sistemi kullanılmadan konum takibi

Rotary wing unmanned aerial vehicle autonomous flight control card embedded software application and location tracking without using global positioning system

PDF İndir

  1. Tez No: 990575
  2. Yazar: BURAK YEŞİL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HAYATİ MAMUR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Defense and Defense Technologies, Electrical and Electronics Engineering, Aeronautical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Dron, İHA, Sensör Füzyonu, IMU Sensörü, STM32, Kalman Filtresi, Madgwick Filtresi, Drone, Drone, UAV, Sensor Fusion, IMU Sensor, STM32, Kalman Filter, Madgwick Filter
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Manisa Celal Bayar Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu çalışma, teorik kontrol ve sensör füzyon prensiplerinin düşük maliyetli STM32F407, MPU9250, F450 ticari bileşenlerle bütünleştirildiği tam bir gömülü otonom uçuş kontrol sisteminin döner kanatlı insansız hava aracı için geliştirilmesini amaçlamaktadır. Geliştirilen gerçek zamanlı yazılım, I²C/SPI sensör haberleşmesi, dönüölçer ofseti, ivmeölçer ölçeklendirmesi, manyetometre sert/yumuşak demir düzeltmesi kalibrasyonları ve veri işleme görevlerini yönetmiştir. Sensör füzyonu için seçilen Madgwick filtresi, düşük hesaplama yüküyle 0,5°'den düşük yuvarlanma/yunuslama ve 1,2°'den düşük baş açısı hatası sağlayarak kararlı bir tutum tahmini oluşturmuştur. Kontrol sistemi olarak, iç döngüde açısal hız ve dış döngüde konum kontrolü yapan kaskat bir PID mimarisi benimsenmiştir. Ziegler-Nichols yöntemi ve deneysel ince ayar ile optimize edilen kontrolcü kazançları, sistemin hem MATLAB/Simulink benzetim ortamında hem de fiziksel uçuş testlerinde kararlı asılı kalış, açı takibi ve dış bozuculara karşı direnç göstermesini sağlamıştır. Sistem performansı, devre seviyesi testler ve kapsamlı uçuş deneyleri ile doğrulanmış; gerçek zamanlı telemetri ve SD kart loglaması ile analiz edilmiştir. Çalışmanın başlıca sınırlılıkları, mutlak konumlandırma için GPS eksikliği, kuvvetli rüzgâr koşullarında sınırlı test, gelişmiş algılama sensörlerinin olmaması ve parametre ayarlamasının deneysel doğasıdır. Gelecek çalışmalar için, tam otonom navigasyon için GPS ve görsel odometri entegrasyonu, değişen koşullara uyum sağlayacak adaptif veya model öngörülü kontrol teknikleri, daha karmaşık algoritmalar için STM32H7 yüksek performanslı işlemci kullanımı ve engelden kaçınma gibi akıllı davranışların eklenmesi önerilmektedir. Sonuç olarak, bu araştırma akademik teori ile pratik mühendisliği başarıyla birleştirerek, araştırma, eğitim ve endüstriyel prototipleme için uygun, ölçeklendirilebilir ve açık kaynaklı bir otonom platform sunmaktadır. Elde edilen deneyimler ve ortaya konan geliştirme çerçevesi, otonom sistemler alanındaki çalışmalar için değerli bir temel ve yol gösterici bir kaynak teşkil etmektedir.

Özet (Çeviri)

This study aims to develop a fully embedded autonomous flight control system for rotary-wing unmanned aerial vehicles, integrating theoretical control and sensor fusion principles with low-cost commercial components such as STM32F407, MPU9250, and F450. The developed real-time software managed I²C/SPI sensor communication, gyroscope offset, accelerometer scaling, magnetometer hard/soft iron correction calibrations, and data processing tasks. The Madgwick filter chosen for sensor fusion provided stable attitude estimation with low computational overhead, achieving roll/pit error less than 0.5° and heading error less than 1.2°. A cascaded PID architecture was adopted as the control system, controlling angular velocity in the inner loop and position in the outer loop. Controller gains optimized using the ZieglerNichols method and experimental fine-tuning ensured the system demonstrated stable hovering, angle tracking, and resistance to external disturbances in both MATLAB/Simulink simulation environments and physical flight tests. System performance was validated through circuit-level tests and extensive flight experiments; and analyzed using real-time telemetry and SD card logging. The main limitations of the study are the lack of GPS for absolute positioning, limited testing in strong wind conditions, the absence of advanced sensors, and the experimental nature of parameter tuning. For future work, it is suggested to integrate GPS and visual odometry for fully autonomous navigation, adaptive or model-predictive control techniques to adapt to changing conditions, the use of the STM32H7 high-performance processor for more complex algorithms, and the addition of intelligent behaviors such as obstacle avoidance. In conclusion, this research successfully combines academic theory with practical engineering, providing a scalable and open-source autonomous platform suitable for research, education, and industrial prototyping. The experience gained and the development framework presented constitute a valuable foundation and guiding resource for studies in the field of autonomous systems.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    815605

    Dört rotorlu döner kanat tip iha ile otonom yangın algılayıcı - söndürücü tasarımı

    Design of a four-rotor rotary-wing uav with autonomous fire detection and suppression capability

    ENES DÜZEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKaramanoğlu Mehmetbey Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET KAYABAŞI

  2. Tez No

    605809

    A model based flight control system design approach for micro aerial vehicles using integrated flight testing and hil simulations

    Küçük boyutlu insansız hava araçları üzerinde sistem tanılama, uçuş kontrol sistem tasarımı ve donanım ile benzetim uygulamaları

    BURAK YÜKSEK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN

  3. Tez No

    954656

    Reinforcement learning based coaxial multicopter control for electrical vertical take off and landing

    Pekiştirmeli öğrenme temelli elektrikli dikey kalkış ve iniş için eksendeş çoklu döner kanat kontrolü

    MUHAMMED ALİ KUL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. UFUK SAKARYA

  4. Tez No

    438952

    Dört rotorlu döner kanat insansız hava aracı test düzeneği geliştirilmesi

    Development of test mechanism for rotary wing unmanned air vehicle with four rotors

    İRFAN ÖKTEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. METİN KESLER

  5. Tez No

    259032

    Modeling and control of a new unmanned aerial vehicle (SUAVI) with tilt-wing mechanism

    Döner-kanat mekanizmalı yeni bir insansız hava aracının (SUAVİ) modellemesi ve kontrolü

    KAAN TAHA ÖNER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA ÜNEL

Geri Dön