Quadrotorlar için Eş Zamanlı Olmayan Başkalaşım Tasarımı

Abstract

Quadrotor ticari, askeri ve dış mekân uygulamalarında yaygın olarak kullanılan dört rotorlu insansız hava aracı türüdür. Bu çalışmada quadrotor’un boylamasına ve yanlamasına olan uçuşunun modellemesi, kontrolü ve uçuş sırasındaki geometri değişimi ile başkalaşım durumu ele alındı. Başkalaşım işlemi boylamasına ve yanlamasına uçuşta aynı anda gerçekleşmemektir. Quadrotor uçuş sırasındaki geometri değişimi ya da uçuştan önce yerde iken meydana gelen geometri değişimi başkalaşım olarak ifade edilir. Quadrotor türü insansız hava araçlarında kolların uzayıp kısalması ve kol kesişim açılarının değiştirilmesi gibi çeşitli başkalaşım türleri vardır bu başkalaşım türlerine çalışmada yer verildi. Quadrotor yapısal olarak basit olmasına rağmen kontrol yapısı olarak zor ve karmaşık bir sistemden oluşur. Quadrotor matematiksel modeli non-lineer bir yapıya sahiptir. Bu yapı kullanılarak quadrotor kontrolü sağlanabilir fakat bu çalışma kapsamında lineer olmayan yapı çeşitli yöntemler kullanılarak lineer duruma getirildi. Lineer ifadeler çeşitli giriş ve çıkışlar kullanılarak durum uzay modeli yaklaşımı ile ifade edildi. Dinamik modelin elde edilmesinde quadrotor sistemlerinde yaygın olarak kullanılan Newton Euler metodu kullanıldı. Durum uzay modeli kullanılarak sistemin simülasyonu Matlab / SIMULINK ortamında gerçekleştirildi. Matlab / SIMULINK için gerekli olan parametreler ve sistemin grafiksel çizimi ise CAD programında yapıldı. Bu programdan kütle, atalet gibi parametreler elde edildi. Sistemin kontrolünde ise yaygın olarak kullanılan PID algoritması kullanıldı. Kontrol sistemi için gerekli olan Kp, Ki ve Kd gibi katsayılar ise deneysel olarak elde edildi. Von Karmana Türbülans modeli quadrotor belirli bir gürültü altında yükselme, boylamasına, yanlamasına ve yörünge izleme işlemleri için kullanıldı. Bu çalışmanın sonucu olarak eş zamanlı olmayan morphing ile boylamasına ve yanlamasına uçuş belirli bir gürültü altında PID kontrol algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiş ve sonuçlar grafikler ile ortaya konulmuştur.

Quadrotor is a four-rotor unmanned aerial vehicle which is widely used in commercial, military and outdoor applications. Non simultaneous morphing system desings for quadrotors was discussed. The morphing process does not occur at the same time in longitudinal and lateral flight. The geometry change during the quadrotor flight or the geometry change that occurred on the ground before the flight is expressed as the morphing. There are various types of morphing in quadrotor unmanned aerial vehicles such as elongation and elongation of the arms and changing the angle of the arm. These types of morphing are included in the study. Although the quadrotor is structurally simple, it consists of a difficult and complex system as a control structure. The quadrotor mathematical model has a non-linear structure. Quadrotor control can be achieved by using this structure, but in this study, the nonlinear structure is linearized by various methods. Linear expressions were with the approach of the state space model using various inputs and outputs. Newton Euler method, which is widely used in quadrotor systems, was used to obtain dynamic model. Simulation of the system using state space model was performed in Matlab / SIMULINK environment. The necessary parameters for Matlab / SIMULINK and the graphical drawing of the system were performed in CAD program. From this program parameters such as mass, inertia were obtained. In the control of the system, commonly used PID algorithm was used. The coefficients such as Kp, Ki and Kd required for the control system were obtained experimentally. Von Karman Turbulence model quadrotor was used for hover, longitudinal, lateral and trajectory tracking under a certain noise. As a result of this study, longitudinal and lateral flight was performed by using PID control algorithm under a certain noise and the results were presented by graphs.