Dikey iniş kalkış yapabilen insansız hava aracının hareketli platformlara otonom inişi
Autonomous landing of a vtol UAV on a moving platform
Yazar: GÖKHAN GÜLMEZ
Danışman: DOÇ. DR. ÖKKEŞ TOLGA ALTINÖZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Hareketli platform = Moving platform ; Otonom sistemler = Autonomous systems ; Uçuş = Flight ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Bu tez kapsamında, dikey iniş kalkış yapabilen bir İHA'nın hareketli platformlara otonom inişi için bir kontrol stratejisi geliştirilmiştir. Geliştirilen bu çözüm takip, hassas takip ve iniş aşamalarından oluşmaktadır. Bu çalışma, randevu alanına varmış bir İHA ve randevu alanında olduğu bilinen bir hareketli platform ile başlamaktadır. İniş platformunun tespitiyle takip aşamasına geçilmektedir. Hedef koordinat bilgileri kullanılarak İHA'nın iniş platformuna yönelimi sağlanmaktadır. Hareketli iniş platformuna ulaşılması sonucunda ise hassas takip aşamasına geçilmektedir. Bu aşamada ise sabit bir irtifada belirli bir süre platformun takibi sağlanmaktadır. İniş aşamasına geçildiğinde ise x ve y ekseni pozisyon kontrolleri devam ederken, irtifa sabit bir hız ile güvenli serbest düşme noktasına kadar düşürülmektedir. Güvenli serbest düşme irtifasına ulaşıldığında tüm İHA rotorları durdurularak otonom inişin başarıyla tamamlanması sağlanmaktadır. Bu çalışma ile önce benzetim ortamında İHA'nın hareketli bir platforma iniş yapması sağlanmış; daha sonra ise gerçek bir İHA ve hareketli platform kullanılarak uygulama çalışmasında otonom inişin tamamlanması sağlanmıştır. Geliştirilen çözüm; çeşitli hareketli platform yörüngeleri (doğrusal veya dairesel), hızları (25 cm/s ya da 50 cm/s) ve rüzgâr etkileri altında test edilmiştir. İHA kontrolü için PD denetleyiciler kullanılmıştır. Bir diğer taraftan uygulama çalışmasında konum bilgilerinin elde edilebilmesi için ArUco işaretçiler kullanılmıştır. Bu kapsamda gerçekleştirilen çalışmayla dikey iniş kalkış yapabilen İHA'ların otonomi kabiliyetini arttıran, görev ve menzil kapasitelerini yükselten bir hareketli platforma otonom iniş mimarisi ortaya konulmuştur. Hem benzetim hem de uygulama çalışmalarında elde edilen bulgular doğrultusunda hareketli bir iniş platformuna otonom inişin önerilen çözüm ile mümkün olduğu ortaya konulmuştur.

Abstract:
In this study, a control strategy has been developed for autonomous landing of an UAV that is capable of vertical landing and take-off on a moving platform. This study consists of tracking, precise tracking and landing stages. This study starts with a UAV that has arrived at the rendezvous area and a moving platform known to be in the rendezvous area. After landing platform detection, tracking stage is started. Thus the movement of the UAV to the landing platform is provided by using target coordinate information's. After reducing the distance between the landing platform and the UAV sufficiently, the precise tracking phase is started. At this stage, the platform is followed at a fixed altitude for a certain period of time. When the landing stage is started, the altitude is lowered to the safe free fall point while the x and y axis position controls continue. When the safe free fall altitude is reached, all UAV rotors are stopped and the autonomous landing is completed successfully. With this study, firstly, the UAV is landed on a moving platform in the simulation environment. Then, the application of the study was carried out in a real test environment using a real UAV and a moving platform. The developed solution is tested under various moving platform trajectories (linear or circular), velocities (25 cm/s or 50 cm/s) and wind effects. PD controllers are used for UAV control. On the other hand, ArUco tags were used to obtain position information in the application study. With the study carried out in this context, an autonomous landing architecture on a mobile platform that increases the autonomy capability of vertical landing and take-off UAVs and increases their mission and range capacities has been revealed. In line with the results obtained in both simulation and application studies, it has been revealed that autonomous landing on a mobile landing platform is possible with the proposed solution.