Tarımsal uygulamalar için insansız hava aracı geliştirilmesi ve yörünge kontrolü
Development of an unmanned aerial vehicle for agricultural applications and trajectory control
Yazar: ŞABAN ULUS
Danışman: PROF. DR. İKBAL ESKİ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bulanık mantık = Fuzzy logic ; Doğrusal karesel denetim = Linear quadratic control ; Kalman filtre = Kalman filter ; PID = PID ; Sabit kanatlı hava araçları = Fixed-wing aircraft ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks

Özet:
İnsansız hava araçları günümüz teknolojik imkanlarının artmasıyla son yıllarda askeri ve sivil alanlarda giderek artan çalışmalara neden olmuştur. Keşif ve gözetleme amaçlı İHA, silahlı ve kamikaze İHA sistemleri ile tarımsal uygulama ve kargo taşımacılığı için halen geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu bağlamda İHA sistemlerinin istenilen görevi ve
yönlendirmeleri yerine getirebilmesi için oldukça etkin bir kontrol sistemine, iyi bir yazılıma ve aerodinamik tasarıma sahip olması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, literatürden sabit kanatlı Ultrastick-25e modeli incelenmiş ve mini
Cessna-182 İHA modeli için katı model oluşturularak, aerodinamik analiz ile gerekli parametreler elde edilmiştir. Akabinde, kontrol sisteminde sıklıkla kullanılan PID kontrolör parametrelerinin İHA sistem dinamiklerine göre ayarlanması sağlanmıştır. Ayrıca PID sonuçlarının geliştirilmesi amacıyla genetik algoritmalar ile en uygun PID kazanç parametreleri ayarlanmıştır. İstenen hızlı ve kararlı kontrol için bulanık mantık kontrol (FLC) ve uyarlamalı ağ tabanlı bulanık çıkarım (ANFIS) yapıları tasarlanmıştır. Sonuçların geliştirilmesi amacıyla özgün hibrit PD-Fuzzy-PI ve ANFIS+PID kontrol sistemi tasarımları ile oldukça iyi yanıtlara ulaşılmıştır. İHA'ların uçuş sırasında rüzgâr, model belirsizlikleri ve zaman gecikmeleri nedeniyle oluşan bozucu etkiler için doğrusal karesel düzenleyici (LQR), doğrusal karesel Gauss tipi kontrol (LQG) ve Kalman filtresi yapıları için durum geri beslemeli modern kontrol sistemi tasarımları oluşturulmuştur. Ayrıca Cessna-182 İHA test uçuşu ve PID ayarı uçuş sırasında sağlanmıştır.

Abstract:
Unmanned aerial vehicles have led to an increasing number of research and studies in the army and civilian applications with the increasing technological advances. UAVs are still tried to develop for reconnaissance, surveillance, agricultural, cargo transportation, armed and kamikaze applications. UAV systems must have a very effective control system, welldesigned software, and aerodynamic design efficiency to fulfil the desired task and orientation. In this thesis, the fixed-wing Ultrastick25e model parameters are used from the literature review. The required parameters were obtained using aerodynamic analysis after creating a solid model for the mini-Cessna182 UAV model. Subsequently, the PID controller parameters frequently used in the control system were adjusted according to the UAV system dynamics. In addition, the optimum PID gain parameters were adjusted with the genetic algorithms to enhance the PID results. Fuzzy logic control (FLC) and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) structures were designed for the desired quick and
stable control. The very effective controller responses were achieved with the original hybrid PD-Fuzzy-PI and ANFIS+PID control system designs. The state feedback modern control system designs were created for the linear quadratic regulator (LQR), linear quadratic Gaussian type control (LQG) and Kalman filter (KF) structures for the disturbances caused by wind, model uncertainties and time delays during the flight of UAVs. In addition, the Cessna-182 UAV test flight were provided and PID settings were obtained with the flight test.