Yanal motorlar ile döner kanat hava aracının duruş ve pozisyon kontrolünün bağımsızlaştırılması
Decoupling attitude and position control of rotary wing aerial aircraft with lateral motors
Yazar: HÜSEYİN CAN GÜRSOY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NURETTİN GÖKHAN ADAR
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada döner kanat bir hava aracı ile çalışacak farklı dinamik sitemlerin yüksek 
seviye kontrolünü kolaylaştırabilmek için yeni bir döner kanat modeli yaklaşımı ele 
alınmıştır. Dört adet standart rotorlu döner kanat araçların tasarımına ek olarak yanal 
dört adet motor daha eklenmiş ve yeni sistem için kontrolcü tasarımları yapılmıştır. Bu 
yaklaşım ile yatış dikilme ve yönelme eksenlerinde herhangi bir duruş değişikliği 
yapmadan öteleme yapmak veya pozisyon kontrolü sağlayabilmek mümkün hale 
getirilmiştir. Bunun yanı sıra yeni yaklaşımla birlikte döner kanat aracın duruş açısı 
kontrolü pozisyon değişikliği olmadan yapılabilmiştir. Aracın pozisyon ve duruş açısı 
birbirinden ayrı kontrol edebilmek hareketli platformlardan kalkış ve iniş yapan veya 
bir robot manipülatörle birlikte görev icra eden döner kanat araçlar gibi çoklu dinamik 
sistemlerin hem tasarımında hem de kontrolcü algoritmalarında büyük bir özgürlük 
sağlamaktadır. Aracın duruş açıları ve irtifa kontrolcüleri için standart dört rotorlu 
yaklaşımdakine benzer olarak PID kontrolcüler tercih edilmiştir. Aracın pozisyon 
kontrolü sağlamak için kullanılacak yanal dört rotor çift yönlü kuvvet oluşturabilecek 
şekilde kullanılabildiği için yeni tasarlanan pozisyon kontrolcüleri optimal 
tasarlanmıştır. Bu durum farklı hatalara karşılık kontrolcü davranışının benzer 
karakteristikte olmasını sağlamaktadır. Bu kontrolcü karakteristiği karmaşık dinamik 
sistemlerde kestirim algoritmalarını beslemek ve tahmin doğruluğunu arttırmak için 
kullanılabilir. Ayrıca yönelim hareketi için yanal dört motorun itki kuvvetlerinin kütle 
merkezi etrafında doğrudan oluşturacağı tork kullanılarak ağır sistemlerde daha agresif 
yönelim kontrolü sağlanabilecektir.

Abstract:
In this study, a novel rotary-wing model approach has been addressed to facilitate the 
high-level control of various dynamic systems operating with a rotary-wing aerial 
vehicle. In addition to the design of conventional four-rotor rotary-wing vehicles, four 
additional lateral motors have been integrated, and controller designs for the new 
system have been developed. With this approach, it becomes possible to achieve 
translational movements or position control without any attitude changes in the roll, 
pitch, and yaw axes. Furthermore, the rotary-wing vehicle gains the capability to 
maintain a desired attitude without any position changes. This ability to separately 
control the vehicle's position and attitude provides significant flexibility in the design 
and controller algorithms of multi-dynamic systems, such as rotary-wing vehicles 
taking off and landing from moving platforms or performing tasks alongside a robotic 
manipulator. Standard PID controllers, as in conventional approaches, have been 
preferred for the vehicle's attitude and altitude controllers. Since the four lateral rotors 
used for position control can generate bidirectional thrust, the newly designed position 
controllers have been optimally designed. This ensures that the controller behavior 
exhibits similar characteristics in response to different errors. This controller 
characteristic can be utilized to feed estimation algorithms and improve prediction 
accuracy in complex dynamic systems. Additionally, by using the torque directly 
generated by the thrust forces of the four lateral motors around the center of mass, 
more aggressive orientation control can be achieved for heavy systems.