Küçük Bir Hava Aracı İçin Otopilot Sistemi Tasarımı

Abstract

Bu tez çalışmasının iki amacı vardır. Ana amacı, küçük bir insansız hava aracının otonom olarak verilen koordinatlara gidebilmesini sağlayan bir otopilot sisteminin tasarlanmasıdır. Diğer amacı ise, küçük insansız hava araçları için otonom kalkış ve iniş algoritmalarının tasarlanmasıdır. Son bir kaç yıl içerisinde önceki araştırma konularından biri olarak Kontrol ve Aviyonik Laboratuvarı nda tasarlanmış olan mikroaviyonik sistem kullanılmış, geliştirilmiş ve test edilmiştir. Kullanılan bu mikroaviyonik sistem bir veri hattı etrafında çalışmakta ve yer araçları, mini helikopterler, uçaklar gibi değişik deneysel platformlarda çalışabilmesi için çapraz uyumlu bir yapıya sahiptir. Bu mikroaviyonik sistemin en güncel hali bir yer aracı üzerinde test edilmiştir. Yer aracı testleri, otonom olmayan modda algılayıcı verilerinin toplanmasını, toplanan bu verilerin uygun kontrolcüler tasarlayabilmek için analiz edilmesini, tasarlanan kontrolcülerin HIL simülatörü (donanımın çevrimde olduğu simülatör) yardımıyla test edilmesini ve ayarlanmış bu kontrolcülerin otonom modda test edilmesini içermektedir. Bu testlerin sonunda, yer aracı otonom olarak verilen koordinatlara gidebilme yetisine kavuşturulmuştur. Yer aracı testlerinin tamamlanmasından sonra mikroaviyonik sistem, küçük bir hava aracına aktarılmıştır. Bu hava aracıyla yapılan ilk uçuş testleri, tıpkı yer aracı test fazında olduğu gibi, algılayıcı verisi toplamak için gerçekleştirilmiştir. Yine HIL simülatörünün yardımıyla uygun kontrol döngüleri tasarlanmış, ayarlanmış ve küçük hava aracı üzerinde test edilmiştir. İnsansız Hava Araçları üzerinde yapılacak olan gelecek çalışmalara yardımcı olabilmek amacıyla, otonom iniş ve kalkış algoritmaları tasarlanmış ve simülasyon ortamında test edilmiştir. Bu algoritmalar için gerekli algılayıcılar mikroaviyonik sisteme eklenmiş ve gerekli veriler test uçuşları ile toplanmıştır. Bu algılayıcılardan toplanan verilerin uygun şekilde işlenmesi için gerekli olan yordamlardan bahsedilmiştir ve örnek algılayıcı verisi üzerinde gösterilmiştir.

This thesis study has two objectives. The main objective is designing of an autopilot system for a micro-air vehicle which enables the vehicle to navigate given waypoints autonomously. The other one is designing autonomous take-off and landing algorithms for small UAVs. The microavionics system which is designed at Controls and Avionics Laboratory as previous research in recent years is used, improved and tested. The microavionics system is bus-backboned and cross-compatible across different experimental platforms such as ground vehicles, mini-helicopters and aircrafts. The bus-backboned architecture helps plug and play new hardware such as different sensors, different processors very easily. The latest version of this microavionics system is tested on a ground vehicle. Ground vehicle tests consist of collecting sensory data in manual mode, analysing this collected data to design convenient controllers, testing these controllers with the help of HIL simulator, testing the tuned controllers in autonomous mode. At the end of these tests, the ground vehicle is able to navigate given waypoints autonomously. After completing ground vehicle tests, the microavionics system is translated into a micro-air vehicle. The earlier flight tests are realized to collect sensory data as in ground vehicle tests phase. The convenient control loops are designed, tuned and implemented on the micro-air vehicle with the help of HIL simulator again. Autonomous take-off and landing algorithms are designed and tested in simulation environment to assist next researches on the UAVs. The required sensors are added to the microavionics system and flight tests data of these sensors are collected.