Küçük Bir İnsansız Hava Aracı İçin Otopilot Sistemi Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada insansız hava aracı için değişik kontrol yöntemleri kullanılarak otopilot tasarımı yapılmaya çalışılmıştır. Harekete dair denklemlerin çıkartılması,sabitleme şartı,lineerleştirme ile belirli bir uçuş şartı için durum denklemlerini bulma anlatılmış olup alınan şartlardaki denklemler üzerinden dinamik kararlılık kontrolü yapılmıştır. Kontrol sistem tasarımı için klasik kontrol yöntemleri kullanımında köklerin yer eğrisi çalışmaları düzenlenerek gerekli katsayılar bulunmuştur. Orantı(P), integral(I) ve diferansiyel(D) etkiler kullanılarak istenen kontrolörler tasarlanmıştır. Bir diğer metod olarak lineer kuadratik regülatör kullanımış olup ağırlık matrislerinin değiştirilmesi halinde meydana gelebilecek değişimlerin etkisine çalışılmıştır. Kalman filtresi tasarımı ile de sistemde gürültülerin etkisi incelenmiş ve gürültülü durum ve filtre kullanımı arasındaki farklar bulunmuştur. Otopilot tasarımında son yöntem olarak bulanık mantık temelli kontrolör tasarlanmıştır. Üyelik fonksiyonları aralık ve sayıları bilinen ve tahmin edilen değerlerle belirlenmiş ve giriş-çıkış katsayıları ayarlanarak sonuçlar iyileştirilmeye çalışılmıştır. Tasarlanmış kontrolörlerin performansları yükselme ve yerleşme zamanlarına göre kıyaslanmış, avantajlı tarafları belirtilmiştir.

In this study an autopilot is designed for a small unmanned air vehicle using different methods. The equations of motion,trim state and linearization subjects are studied. Classical control method is applied and a controller is designed using root locus technique and proportional, integral and derivative effects for the longitudinal and lateral motion of the aircraft. Linear quadratic regulator is designed for the unmanned air vehicle as an optimal controller and the effect of the weighting matrices on the system response is investigated. Kalman filtering effect is also studied using the system with white noise. The response of the system with noise and with Kalman filter are compared. A fuzzy logic controller is also designed for the UAV. The quantity and range of the membership functions are selected with guesses and known values about the system dynamics so as to reach desired response. Then the gain values are determined for the input and output of the fuzzy logic controller. Finally the responses of the controllers are compared using rise and settling time values and the advantages of different methods are given.