İnsansız hava aracanın gerçeklenmesi ve modellenmesi
Implementation and modelling of unmanned air vehicle
Yazar: ERSAN AKTAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. GÜLESER DEMİR KALAYCI
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, insansız hava aracı olarak baz aldığımız dört motorlu ve dört pervaneli bir sistem olan hava aracının, temel dinamik denklemlerden yola çıkarak modeli oluşturulduktan sonra mekanik, elektronik ve son olarak kontrol sistemleri tasarlanılmış ve gerçekleştirilmiştir. Sistemdeki pervaneleri yüksek devir sayılarında döndürebilmek için fırçasız motor kullanılmıştır. Fırçasız motorların devir sayıları elektronik hız kontrolörleri üzerinden değiştirilmektedir. Aracın temel dinamik yunuslama, yuvarlanma ve dümen açıları, araçta bulunan AHRS sensörü üzerinden alınmaktadır. Bu açılar, daha sonra elektronik kart üzerinde bulunan işlemci üzerinde koşulan kontrol algoritmasına girdi olarak verilmektedir. Aracın kontrol algoritması, elektronik kart üzerinde gerçekleştirilmiştir. Elektronik kart üzerinde, bir adet FPGA ve içindeki soft işlemcinin yazılımını koşturabilmesi için bir adet SRAM bulunmaktadır. Aynı zamanda pozisyon bilgisinin alınabilmesi için bir adet GPS ve yerdeki bilgisayarla kablosuz iletişim kurabilmek için bir adet RF modül kullanılmıştır. Aracın taşıyıcı iskelet yapısı karbon fiber malzemeden yapılmıştır. Aracın karbon fiber malzemeden yapılması aracın hafif ve sağlam olmasını sağlamıştır. Quadrotor olarak adlandırdığımız hava aracı için çeşitli test düzenekleri hazırlanmıştır. Quadrotorun bu test düzenekleri üstünde analizleri gerçekleştirilmiştir. Sistemde yunuslama, yuvarlanma ve dümen eksenleri için kontrolcüler tasarlanmıştır. Kontrol algoritması iç içe iki tane döngüden oluşmaktadır İç taraftaki döngü açısal hız döngüsüdür. Dış taraftaki döngü açı ya da pozisyon döngüsü olarak adlandırılmaktadır. Quadrotor serbest uçuş denemesinde başarı ile uçurulmuştur.

Abstract:
In this thesis study, the four-engine propeller-driven aircraft regarded as unmanned aerial vehicle system is modeled using fundamental dynamic equations. Also, mechanical, electronics and control system of the air vehicle are designed and implemented. The brushless motor is used to rotate the propeller at high level revs. Brushless motor speeds are changed via electronic speed controllers. The vehicle's fundemental state angles (i.e., roll angle, pitch angle, and yaw angle) are taken from AHRS sensor. These angles are provided as an input to the control algorithm that run on soft the processor on the electronic card. The vehicle control algorithm is carried out on the electronic card. Electronic card includes one FPGA and one SRAM to run software on soft processor that is inside of FPGA. At the same time, one GPS is used to obtain position information and one RF module is used to communicate wirelessly with the computer at the ground station. Carrier structure of the air vehicle is made of carbon fiber which provides that the vehicle is more lightweight and more robust. Many test setups are constructed for analyzing the control algoritms of an unmanned air vehicle. Controller is designed for each roll,pitch and yaw axes respectively in the system. Control algorithm consists of two cascade loops. The inner loop is called angular velocity loop and the outer loop is called angle or position loop. Quadrotor has been flown in the free-flight testing successfully.