Trajectory tracking of a quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) via attitude and position control
Dört rotorlu bir insansız hava aracının (İHA) yönelim ve pozisyon kontrolü aracılığıyla yörünge takibi
- Tez No: 368888
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ TÜRKER KUTAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Doğrusal olmayan kontrol, Optimal kontrol, İnsansız hava aracı, Nonlinear control, Optimal control, Unmanned aerial vehicle
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışasında, dört rotorlu bir İHA'nın yörünge/yol takibi, dört rotorlu'nun yönelimi ve pozisyonu aynı anda kontrol edilerek elde edilmiştir. İstenilen yörüngelerin yüksek doğrulukla takip edilmesi için, birbirinden bağımsız iki farklı kontrol yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemlerden biri“geri adımlamalı kontrol”olarak adlandırılan doğrusal olmayan bir kontrol yaklaşımıdır. Diğer yöntem ise“Linear Quadratic Tracking( LQT)”olarak adlandırılan daha özgün bir optimum kontrol yaklaşımıdır. Ayrıca, literatürde yaygın olarak kullanılan sabit-kazançlı LQR(Linear Quadratic Regulator) kontrolcü karşılaştırma analizlerinde kullanılmıştır. İlk olarak, dört-rotorlu'nun doğrusal olmayan dinamik modeli Newton hareket denklemleri kullanılarak elde edilmi ştir. Sonrasında, geri adımlamalı kontrolcü üç aşamada elde edilmiştir ve geriadımlamalı kontrolcünün simülasyon modeli oluşturulmuştur. Diğer taraftan, LQT kontrolcünün zamana göre değişen optimum kontrol kazançları matris DRE zamanda tersine çözülerek çevrimdışı olarak elde edilmiştir. Sonrasında, LQT kontrolcü, zamana göre değişen optimum kazançları durum geribeslemeli kontrolcü olarak modellenmi ştir. Takip edilecek olan çeşitli yörüngeler MATLAB kullanılarak oluşturulmuş ve simülasyon modellerine girdi olarak gönderilmiştir. Son olarak, geri adımlamalı, LQT ve LQR kontrolcülerin ilk doğrulanması amacıyla, kontrolcüler MATLAB/Simulink ortamında benzetilmiştir. Çeşitli yörüngeler her bir kontrolcü tarafından takip edilmeye çalışılmıştır ve kontrolcülerin simülasyon sonuçları birbiriyle karşılaştırılmıştır. LQT kontrolcünün, görece kompleks yörüngeleri geri adımlamalı ve LQR kontrolcülere göre daha doğru ve verimli olarak takip edebildiği gözlenmiştir. Ayrıca, her bir kontrolcünün avantajlı ve dezavantajlı özellikleri detaylı olarak analiz edilmiştir. Bu tez çalışmasında,“Ascending Technologies”firması tarafından üretilen“Asc- Tech Hummingbird”dört rotorlu insansız hava aracı kullanılmıştır.“AscTech Hummingbird”dört rotorlu hava aracı, MATLAB/Simulink ortamında oluşturulan yüksek seviye kontrol algoritmalarının test edilebilmesine olanak sağlamaktadır. Bu nedenle gelecek çalışmalarda, bu tez çalışmasında elde edilen kontrolcülerin tam anlamıyla doğrulanması gerçek zamanlı deneyler aracılığıyla sağlanabilir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, trajectory tracking of a quadrotor UAV is obtained by controlling attitude and position of the quadrotor simultaneously. Two independent control methods are used to track desired trajectories accurately. One of these methods is a nonlinear control approach called as“backstepping control”. The other method is a more unique optimal control approach called as“Linear Quadratic Tracking(LQT)”. In addition, fixed-gain LQR controller which is widely used in literature is also used for comparison analysis. First, nonlinear dynamic model of quadrotor is obtained by using Newton's equations of motion. Then, backstepping controller is obtained in three steps and simulation model of the backstepping controller is formed. On the other hand, time-varying optimal control gains of LQT controller are found offline by solving matrix difference Riccati equation(DRE) backwards in time. Then, LQT controller is modeled by using time-varying optimal control gains as a state feedback controller. Several trajectories to be followed are generated in MATLAB and sent into the simulation models as inputs. Finally, backstepping, LQT and LQR controllers are simulated in MATLAB/Simulink environment, for inital validation. Several trajectories are tried to be followed by each controller and simulation results of controllers are compared to each other. It is observed that, LQT controller could track relatively complex trajectories more accurately and efficiently compared to backstepping and LQR controllers. Other advantageous and disadvantageous characteristics of each control method are also analyzed in details. In this thesis,“AscTech Hummingbird”quadrotor manufactured by Ascending Technologies is used.“AscTech Hummingbird”quadrotor gives opportunity to test high level control algorithms generated in MATLAB/Simulink environment. Therefore, complete validation of controllers obtained in this thesis could be performed by real time experiments in future.
Benzer Tezler
- Bir tip merminin hareketinin deneysel incelenmesi ve dış balistikte teorik bir yaklaşım
Theoretical and experimental investigation on external ballistic characteristics of a projectile
MEHMET AKÇAY
- Muntazam dalgaların sabit yatay iki paralel plakadan transmisyonu
Transmission of regular waves through two fixed horizontal parallel plates
A. FÜGEN TORAMAN
- Sınırlandırılmış yol-hız-zaman uzayında lineer bir katar seyir modeli için optimal enerjili hız yörüngelerinin belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
HALUK GERÇEK
- Modelling, trajectory planning and control of computer controlled manipulators
Başlık çevirisi yok
TUNA BALKAN
- Graphical simulation and programming of robots
Başlık çevirisi yok
E.İLHAN KONUKSEVEN
Yüksek Lisans
İngilizce
1989
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPROF. DR. BİLGİN KAFTANOĞLU
