İnsansız hava araçları için otopilot geliştirme ve simülasyonu
Autopilot development and simulation for unmanned aerial vehicles
Yazar: YASEMİN ÇANTAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET AKBULUT
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Matlab = Matlab ; PID = PID

Özet:
İnsansız Hava Araçları (İHA) uzaktan kontrol edilebilen, içerisinde fiziki olarak pilot bulundurmadan uçabilen hava araçlarıdır. Bu sebeple insansız hava aracı sistemleri karmaşık yapıda olup, birden fazla alt sistemin birlikte çalışabilmesi ile görevlerini yerine getirebilmektedir. Teknolojik gelişmelere bağlı olarak insansız hava araçları, mevcut görevlerini müdahale olmaksızın gerçekleştirebilecek robotik yapılara evrilmiştir ve insansız hava araçları için otopilot sistemleri önemli bir araştırma konusu haline gelmiştir. Otopilot sistemleri, hava aracının otomatik olarak kontrol edilebilmesini sağlar. Otopilot, kuyruk ve kanatlarda yer alan kontrol yüzeyleri ve motoru kontrol ederek, uçağın belirlenen amaçla uçmasını hedeflemektedir.
Bu tez raporunda, insansız hava araçları için otopilot geliştirme ve benzetimi gerçekleştirilmiştir. Öncelikle doğrusal olmayan iki farklı platform modeli, Matlab/Simulink ortamında belirlenen denge (trim) koşullarında doğrusallaştırılmış ve elde edilen doğrusal modeller ile doğrusal olmayan modellerin karşılaştırması yapılmıştır. Seçilen iki platform modeli için Matlab/Simulink ortamında PID tabanlı otopilot geliştirilmiş ve test sonuçları verilmiştir. Aynı zamanda geliştirilen otopilotun X-Plane programı ile yazılım döngüsü  (SIL)  tabanlı benzetim ortamı hazırlanmış ve benzetim sonuçları gösterilmiştir. Buna ek olarak, platformlardan bir tanesinde yapısal değişikliğe gidilmiş ve yapısal değişiklikler sonrasında ortaya çıkan yeni platform için Matlab/Simulink ortamında hem PID tabanlı hemde LQR tabanlı otopilot geliştirilmiş ve test sonuçları verilmiştir. Son olarak platformda yapısal değişimden kaynaklı kütle değişiminin otopilot üzerine etkisi incelenmiştir.

Abstract:
Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are aerial vehicles that can be controlled remotely and fly without a pilot. For this reason, unmanned aerial vehicle systems are complex and can fulfill their duties with the multiple subsystems. Due to technological developments, unmanned aerial vehicles have evolved into robotic structures that can perform their current tasks without intervention, and autopilot systems for unmanned aerial vehicles have become an important research subject. Autopilot systems allow the aircraft to be controlled automatically. The autopilot aims to fly the aircraft with the specified purpose by controlling the control surfaces on the tail and wings and the engine.
In this thesis report, autopilot development and simulation for unmanned aerial vehicles has been performed. First, two different platform models, which are non-linear, were linearized in the equilibrium (trim) conditions determined in Matlab/Simulink environment and the linear models obtained were compared with the nonlinear models. PID based autopilot was developed and given test results in Matlab/Simulink environment for two platform models. At the same time, software in loop (SIL) based simulation environment was prepared with the X-Plane program of the autopilot and simulation results were shown. In addition, a structural change was made in one of the platforms and both PID-based and LQR-based autopilot were developed and given test results in Matlab/Simulink environment for the new platform that emerged after structural changes. Finally, the effect of weight change due to structural change on autopilot on the platform was examined.