Askıda yük taşıyan dört rotorlu İHA sistemlerinin modellenmesi ve sonlu/sabit zamanlı adaptif kayan kipli kontrolcü tasarımı
Modeling of quadrotor UAV systems carrying a suspended payload and design of finite/fixed time adaptive sliding mode controller
Yazar: ÖZHAN BİNGÖL
Danışman: DOÇ. DR. HACI MEHMET GÜZEY
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında askıda yük taşıyan quadrotor İHA sistemlerinin modellenmesi ve modellenen sistemler için özgün sonlu/sabit zamanlı yapay sinir ağı tabanlı adaptif kayan kipli kontrolcü tasarlanması hedeflenmiştir. Öncelikle askıda yük taşıyan bir quadrotorun doğrusal olmayan modeli parametre belirsizlikleri ve dış bozucu etkilerde dikkate alınarak elde edilmiştir. Daha sonra askıda yük taşıyan birden fazla quadrotordan oluşan bir sistemin genelleştirilmiş özgün bir modeli oluşturulmuştur. Bu çalışmada modellenen sistem, istenilen sayıda İHA ile yükün taşınmasına imkân verecek şekilde geliştirilmiştir. Bu amaçla parametre belirsizlikleri ve dış bozucu etkiler dikkate alınarak ve yükün quadrotorlar üzerindeki etkileri ile quadrotorların birbirleri üzerindeki etkileri değerlendirilerek sistemin doğrusal olmayan dinamik denklemlerinin elde edilmesi amaçlanmıştır. Modellenen sistemleri kontrol etmek için özgün sonlu/sabit zamanlı yapay sinir ağı tabanlı adaptif kayan kipli kontrolcü tasarlanması hedeflenmiştir. Tasarlanacak kontrolcü yapısı kayan kipli kontrol bileşeni yardımı ile sisteme gürbüzlük kazandırırken yapay sinir ağı bileşeni yardımı ile sistem dinamiklerindeki belirsizlikleri öğrenerek kayan kipli kontrolün etkinliğini artıracak ve kontrol işaretlerinin genliklerini önemli ölçüde iyileştirecektir. Ayrıca tasarlanacak kontrolcü yapısı ile doğrusal olmayan sistemlerin kontrolünde önemli bir gereksinim olarak ortaya çıkan, sistem durumlarının istenilen referans değerlerine ulaşma süresi olarak bilinen yerleşme süresinin de belirlenmesi hedeflenmiştir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to model quadrotor UAV systems carrying suspended payloads and to design novel finite/fixed-time adaptive sliding mode controller for the modeled systems. First, a nonlinear model of a quadrotor carrying a suspended payload is obtained by considering parameter uncertainties and external disturbances. Then, a novel generalized model of an interconnected system consisting of more than one quadrotor carrying a suspended payload is developed. The system modelled in this study was developed to allow the payload to be carried by any number of UAVs. For this purpose, it is intended to obtain the nonlinear dynamic equations of the system by considering parameter uncertainties and external disturbances, and by evaluating the effects of the load on the quadrotors and the effects of the quadrotors on each other. In order to control the modelled systems, it is planned to design a novel finite/fixed time neural network based adaptive sliding mode controller. The controller structure to be designed will increase the effectiveness of the sliding mode control by learning the uncertainties in the system dynamics with the help of the neural network component and will significantly improve the amplitudes of the control signals. In addition, with the controller structure to be designed, it is aimed to determine the settling time, which is known as the time for the system states to reach the desired reference values, which is an important requirement in the control of nonlinear systems.