Çok rotorlu iha sistemleri için gömülü uçuş kontrol ve benzetim yazılımı geliştirilmesi
Development of embedded flight control and simulation software for multi-rotor UAV systems
Yazar: YUSUF GÜRLER
Danışman: DOÇ. DR. AHMET EMİN KUZUCUOĞLU
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Çok rotorlu İHA sistemlerinin özellikle savunma sanayisinde, kullanım alanının son yıllarda artış göstermesi, çok rotorlu İHA sistemleri üzerine yapılan çalışmaların da artmasına neden olmuştur. Sistemin açısal durum, irtifa ve konum tutuş kontrol yöntemleri üzerine literatürde çok fazla çalışma yapılmıştır. Çalışmaların büyük bir kısmında lineer kontrol teknikleri kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar genellikle laboratuvar veya simülasyon ortamında gerçekleşmiştir ve saha uçuş testleri yapılmamıştır. Çalışmaların hiçbirinde sistemin tam otonom uçuşuna sağlayacak algoritmalar geliştirilmemiştir. Bu çalışma ile otonom uçuş kabiliyeti sağlayacak kontrol algoritmaları, PID kontrol tekniği kullanılarak geliştirilmiştir. Otonom uçuş algoritmalarının saha uçuş testleri ile uygulanabilmesi için uçuş kontrol kartı üzerinde çalışan uçuş kontrol yazılımına entegre edilmesi gerekmektedir. Hazır uçuş kontrol yazılımı kullanımı sistemin dışa bağımlılığını arttırmakta ve güvenilir yazılımı engellemektedir. Bu nedenle çalışmada dışa bağlılığın azaltılmasını ve güvenilir yazılımı amaçlayan özgün ve milli uçuş kontrol ve yer kontrol arayüz yazılımları geliştirilmiştir. Geliştirilen yazılımların ve otonom uçuş algoritmalarının sanal ortamda test edilebilmesi için çok rotorlu İHA sistemi matematik modeli oluşturularak, modüler ve basit bir yapıya sahip HIL simülasyon ortamı kurulmuştur. Donanım bileşenleri birleştirilerek çok rotorlu İHA sistemi üretilmiş ve uçuş kontrol kartı entegre edilmiştir. Geliştirilen otonom uçuş algoritmalarının, uçuş kontrol yazılımının ve uçuş kontrol arayüzünün gerçek ortam testi için saha uçuş testleri yapılmıştır. Saha uçuş testleri sonucunda İHA sistemi, kalkış, rota takip, çember takip, eve dönüş ve iniş görevlerini başarılı bir şekilde icra etmiştir. PID kontrol tekniği kullanılarak geliştirilen otonom uçuş algoritmalarının ve tüm parçaları ile tamamen bu tez kapsamında yazılımı gerçekleştirilen uçuş kontrol ve yer kontrol arayüz yazılımlarının doğrulukları kanıtlanmıştır.

Abstract:
Multi-rotor UAV systems, especially in the defense industry, the increase in usage area in recent years has led to an increase in the studies on Multi-Rotor UAV systems. There are many studies in the literature on the angular state, altitude and position control methods of the system. Linear control techniques have been used in most of the studies. The studies were generally performed in laboratory or simulation environment and no field flight tests were performed. In none of the studies, algorithms have been developed to ensure full autonomous flight of the system. In this study, control algorithms that provide autonomous flight capability have been developed by using PID control technique. Autonomous flight algorithms must be integrated into the flight control software running on the flight control card for field flight tests. The use of ready flight control software increases the external dependence of the system and prevents the reliable software. For this reason, original and national flight control and ground control interface software has been developed in order to reduce external dependence and reliable software. In order to test the developed software and autonomous flight algorithms in virtual environment, a multi-rotor UAV system mathematical model was created and a modular and simple HIL simulation environment was established. Multi-rotor UAV system is produced by combining hardware components and flight control card is integrated. Field flight tests were performed for real environment testing of the developed autonomous flight algorithms, flight control software and flight control interface. As a result of field flight tests, the UAV system successfully carried out the Takeoff, Path Tracking, Circle Tracking, Return Home and Landing missions. The accuracy of autonomous flight algorithms developed using PID control technique and the flight control and ground control interface software developed locally and nationally have been proved.