Üç döner rotorlu insansız hava aracının yönelim ve irtifa denetimi

Abstract

Bu tezde üç dönerkanatlı döner rotorlu bir insansız hava aracının (İHA) tasarımı ve İHA'nın yönelim ve irtifa dinamikleri için denetimci tasarımı çalışmaları yapılmıştır. Üç döner rotora sahip İHA isterlere gore tasarlandıktan sonra karbonfiber çubuklar, plastik parçalar, eğimlendirme mekanizması ve ayaklarının üretimi tamamlanmıştır. Tasarım sürecinde matematiksel model de kurulmuştur. Söz konusu model doğrusallaştırılmış, kararlılık ve referans girdi takibini sağlayacak doğrusal kuadratik regulator (LQR) tasarımı gerçekleştirilmiştir. Doğrusal ve doğrusal olmayan sistem için benzetim ortamında testler yapılarak, Q ve R matrislerinin son ayarlamaları yapılmıştır. Fiziksel sistemde; ataletsel ölçüm birimi, ultrasonik mesafe algılayıcı ve optik akış algılayıcıları kullanılmıştır. Fırçasız DC motorlar ve yüksek hızlı servo motorlar eyleyiciler olarak kullanılmıştır. Benzetimin tamamlanmasının ardından gerçek zamanlı donanım testleri başlamıştır. Denetim algoritması MATLAB, Simulink'te tasarlanmış olup; Real Time Windows Target ve veri toplama kartı kullanılarak gerçek zamanlı denetim uygulaması gerçekleştirilmiştir. Benzetim ve gerçek zamanlı test ortamında sistemin denetimi başarı ile sağlanmıştır.

In this thesis, design of triple tilt-rotor unmanned aerial vehicle (UAV) and controller design for attitude and altitude dynamics has been studied. After UAV designed, carbon-fiber bars, plastic parts, tilt mechanisms and landing gears are manufactured. During the manufacturing process; mathematical model is obtained. The model has been linearized to design linear quadratic regulator (LQR) based controllers to stabilize the system and track reference inputs. In physical system, inertial measurement unit, ultrasonic proximity sensor, and optical flow sensor have been used to measure state variables, Brushless DC motors and high-speed servo motors are used as actuators. After completion of the simulations, real-time system tests have been started. The control algorithm designed in MATLAB, Simulink. Real Time Windows Target has been used to implement real-time control via data acquisition board. In both simulations and real-time tests attitude and altitude have been successfully controlled.