BACKSTEPPING APPROACH FOR DESIGN OF CASCADED PID CONTROLLERWITH GUARANTEED TRAJECTORY TRACKING PERFORMANCE FORMICRO-AIR UAV
MİKRO HAVA İHA'LARI İÇİN YÖRÜNGE İZLEME PERFORMANSI GARANTİLİ, BASAMAKLI PID DENETLEYİCİSİ TASARIMI İÇİN GERİ ADIM YAKLAŞIMI
- Tez No: 856869
- Danışmanlar: PROF. DR. FRANK LEWİS, PROF. DR. ATİLLA DOGAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The Unıversıty Of Texas At Arlıngton
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikro hava İHA`ları için uçuş kontrolörleri genellikle kazançların ayarlanmasının zor ve zaman alıcı olduğu ve performansın garanti edilmediği Orantılı-İntegral-Türev (PID) yöntemleri kullanılarak tasarlanmıştır. Bu tezde, garantili performansa sahip bir PID kontrolörü tasarlamak için kayma modu analizine ve doğrusal olmayan geri adımlamaya dayanan titiz bir yöntem geliştirmekteyiz. Bu teknik, PID kontrolörü için yapı ve kazanımlar sağlar, böylece yörünge takibi için İHA`nın sağlam ve hızlı bir tepkisi elde edilir. İlk olarak, ikinci dereceden kayar değişken hataları, doğrusal olmayan İHA dinamikleri için garantili performans elde etmek için titiz bir doğrusal olmayan geri adım tasarımında kullanılır. Daha sonra, küçük bir açı yaklaşımı ve titiz geometrik manipülasyonlar kullanılarak, bu doğrusal olmayan tasarım, yapısı geri adım atma prosedürü ile doğal olarak belirlenen bir PID kontrolörüne dönüştürülür. Sağlam İHA performansını garanti eden PID kazanımları nihayet kayma modu kazançlarından ve izleme hatası dinamikleri için istikrar kazanımlarından hesaplanır. İç tutum kontrolör döngüsünün istenen Euler açılarının, mevcut dahili İHA tutum kontrolörleri ile kesintisiz bir bağlantı sağlayan ters kinematik ile dış geri adım izleyici döngüsünün dinamikleri ile ilişkili olduğunu kanıtlamaktayız. Önerilen yöntemi gerçek İHA'larda uyguluyoruz ve deneysel uçuş testleri bu algoritmaların geçerliliğini kanıtlıyor. PID tasarım prosedürümüzün mevcut popüler bir PID kontrol tekniğinden daha sıkı İHA performansı sağladığı görülmektedir.
Özet (Çeviri)
Flight controllers for micro-air UAVs are generally designed using Proportional- Integral-Derivative (PID) methods, where the tuning of gains is difficult and time-consuming, and performance is not guaranteed. In this thesis, we develop a rigorous method based on the sliding mode analysis and nonlinear backstepping to design a PID controller with guaranteed performance. This technique provides the structure and gains for the PID controller, such that a robust and fast response of the UAV for trajectory tracking is achieved. First, the second-order sliding variable errors are used in a rigorous nonlinear backstepping design to obtain guaranteed performance for the nonlinear UAV dynamics. Then, using a small angle approximation and rigorous geometric manipulations, this nonlinear design is converted into a PID controller whose structure is naturally determined through the backstepping procedure. PID gains that guarantee robust UAV performance are finally computed from the sliding mode gains and from stabilizing gains for tracking error dynamics. We prove that the desired Euler angles of the inner attitude controller loop are related to the dynamics of the outer backstepping tracker loop by inverse kinematics, which provides a seamless connection with existing built-in UAV attitude controllers. We implement the proposed method on actual UAV, and experimental flight tests prove the validity of these algorithms. It is seen that our PID design procedure yields tighter UAV performance than an existing popular PID control technique.
Benzer Tezler
- Arıza durumlarına karşı sabit kanatlı bir hava aracı için bozucu etki gözlemcisi tabanlı geri adımlamalı hata toleranslı kontrolcü tasarımı
Design of a disturbance observer-based backstepping fault-tolerant controller for a fixed-wing aircraft under fault conditions
MUHAMMET ALİ GÜNEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiAviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH ADIGÜZEL
- Adaptive backstepping control based emegency scheme for improving transient stability of power systems with renewable energy sources
Yenilenebilir enerji kaynaklarıyla entegre güç sistemlerinde geçici kararlılığı kontrolu için uyarlanabilir geri adım kontrolü tabanlı acil durum düzeni
MOHAMMAD MOTALLEBZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ
- Dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi, gauss gürültüsü ve parametre belirsizliği altında lyapunov tabanlı ve geri adımlamalı kontrolcü tasarımı
Modeling of a quadrotor unmanned aerial vehicle, lyapunov based and backstepping controller design under gaussian noise and parameter uncertainty
MEHMET KARAHAN
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. COŞKU KASNAKOĞLU
- Advancing quadcopter autonomy: Comparative analysis of conventional control strategies and integration of fuzzy PID for enhanced performance
Quadcopter özerkliğini geliştirme: Geleneksel kontrol stratejilerinin karşılaştırmalı analizi ve gelişmiş performans için fuzzy PID entegrasyonu
RAYANE SAIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Gelişim ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİT YAHYA
- Backstepping control of dc electrical machines
Doğru akım elektrik makinalarının geri adımlamalı denetimi
AHMAD T.ALMABROUK ZUGLEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAtılım ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. REŞAT ÖZGÜR DORUK