Sabit kanatlı hava araçlarında boylamsal ve enlemsel dayanıklı kontrolcü tasarımı
Longitudinal and lateral robust controller design for fixed-wing aircraft
Yazar: BURAK İŞCİ
Danışman: DOÇ. DR. LEVENT UCUN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
Bu araştırma, sabit kanatlı insansız hava araçları (İHA'lar) için özel olarak geliştirilmiş gelişmiş kontrol tekniklerinin, özellikle de $H_\infty$ ve $H_2$ kontrol stratejilerinin kapsamlı bir şekilde geliştirilmesi ve derinlemesine değerlendirilmesine adanmıştır. Araştırmanın temel amacı, İHA'ların çeşitli dışsal etkilerle karşılaştığı durumlarda bile hassas ve doğru bir referans izleme performansını sağlamaktır. Bu hedefe ulaşmak için, çalışma, Aktif Bozucu Bastırma Kontrolü (ABBK) algoritmasını çeşitli dayanıklı kontrol metodolojileriyle birleştiren yenilikçi ve entegre bir yaklaşımı sunmaktadır. İHA'ların dinamiklerinin karmaşıklığı ve çok yönlülüğü göz önünde bulundurularak, araştırma, doğrusal bir modelleme yaklaşımına dayanan iki farklı dayanıklı kontrol stratejisi geliştirmiştir. Bu stratejiler, İHA'nın matematiksel modelinin iç kontrol döngülerine, özellikle açısal hız kontrol döngüsüne stratejik bir biçimde entegre edilmiştir. Bu stratejik entegrasyon, uçuş sırasında karşılaşılabilecek bozulmalara karşı İHA'nın genel dayanıklılığını artırmayı ve performansını iyileştirmeyi amaçlamaktadır. Araştırma, geliştirilmiş kontrol algoritmalarının etkinliğini kapsamlı ve ayrıntılı bir şekilde değerlendirmeyi hedeflemektedir. Bu geniş kapsamlı değerlendirme süreci, kontrol algoritmalarının güçlü ve zayıf yönlerini detaylı bir biçimde ortaya koyarak, gerçek dünya İHA senaryolarındaki pratik uygulamalarını ve performanslarını derinlemesine açıklamayı amaçlamaktadır. Elde edilen sonuçların, İHA'lar için kontrol tekniklerinin ilerlemesine önemli ve somut katkılar sağlaması beklenmektedir. Ayrıca, bu araştırmanın çeşitli operasyonel koşullarda İHA'ların güvenilirliklerini ve hassasiyetlerini artırmalarına yönelik değerli ve önemli bilgiler sunması öngörülmektedir. Araştırmanın sonuçları, İHA sistemlerinin daha etkili ve güvenilir hale gelmesini sağlayarak, operasyonel kapasitelerinin ve çeşitli uygulamalardaki kullanım alanlarının genişlemesine önemli bir katkı yapabilir.

Abstract:
This research is dedicated to the comprehensive development and in-depth evaluation of advanced control techniques that have been specifically designed for fixed-wing unmanned aerial vehicles (UAVs). In particular, it focuses on the sophisticated $H_\infty$ and $H_2$ control strategies. The core objective of this study is to achieve precise and accurate reference tracking performance even when UAVs are subjected to a range of external disturbances. To meet this goal, the research introduces an innovative and integrated approach that merges the Active Disturbance Rejection Control (ADRC) algorithm with various robust control methodologies. Given the inherent complexity and versatility of UAV dynamics, the research has developed two distinct and robust control strategies based on a linear modeling approach. These strategies are strategically incorporated into the inner control loops of the UAV's mathematical model, with particular emphasis on the angular velocity control loop. This strategic integration is designed to enhance the overall resilience of the UAV and improve its performance in the face of disturbances encountered during flight. The study aims to conduct a thorough and detailed evaluation of the effectiveness of the developed control algorithms. This extensive evaluation process seeks to reveal the strengths and weaknesses of these algorithms, providing a deep understanding of their practical applications and performance within real-world UAV scenarios. It is anticipated that the findings from this research will make significant and tangible contributions to the advancement of control techniques for UAVs. Furthermore, the study is expected to provide valuable and critical insights that will aid in improving the reliability and accuracy of these UAVs under various operational conditions. The contributions of this research could pave the way for more effective and reliable UAV systems, ultimately leading to advancements in their operational capabilities and broader usage in various applications.