Sabit Kanatlı İnsansız Hava Aracının Dikey Uçuş Kontrolü

Abstract

İnsansız hava araçlarının (İHA) sınırlı kapalı mekanlarda kontrol ve uçuş planlaması bazı spesifik zorluklar içermektedir. Bu çalışmada, İHA’ların kapalı mekân otonom uçuşlarını deneysel ve teorik olarak incelenecektir. Küçük ölçekli bir üç kanatlı bir İHA tasarlanmış ve kablolu bir bilgisayar haberleşmesi ile kapalı mekan uçuşları yapabilecek donanıma ulaşması sağlanmıştır. Öncelikle dikey denge uçuş modelini daha iyi anlamak için, genel bir kontrol problemi olan “Ters Sarkaç” üzerinde çalışılmıştır. Serbest cisim diyagramı kullanılarak ters sarkacın matematiksel modeli hesaplanmış ve ters sarkacı kontrol etmek üzere bir optimal kontrol yöntemi olan Lineer Kuadratik Regülatör kullanılmıştır. Aynı zamanda bozuculu ve bozucusuz modellere ait sonuçlar Matlab Virtual Realty Toolbox kullanılarak gözlemlenmiştir. Ters sarkaç sisteminden elde edilen bilgi ile tasarlanan kapalı ortam uçağının dikey denge uçuş modeli elde edilimştir. Burada geribesleme açılarında oluşacak tekillik problemini ortadan kaldırmak amacıyla kuaternion yaklaşımı kullanılmıştır. Sonuç olarak, İHA için kontrolör optimizasyon kriterleri tanımlanmış ve araç için LQR kontrol yapısı tasarlanmıştır.

The operation of unmanned aerial vehicles (UAVs) in constrained indoor environments presents many unique challenges in control and planning. This thesis investigates modeling and control methods as applied to indoor autonomous flight vehicles in both a theoretical and experimental context. A small-scale UAV, including a custom-built three-wing tailsitter is combined with wired computer network to form a testbed capable of indoor autonomous flight. First of all a general control problem “Inverted Pendulum” is studied to understand the hover flight model better. By using free body diagram of Inverted Pendulum mathematical model is computed. And Linear Quadratic Regulator which is an optimal control algoritm aplied to our sytem. Also results are observed in Matlab Virtual Realty world for with and without disturbances. By using knowledge of Inverted Pendulum, mathematical model of our indoor plane in hower is obtained. Quaternion axis set is used to avoid singularty in feedback angles. Finally, controller optimization criterias are defined for UAV. By using LQR control technique an optimal linear controller is designed for the vehicle.