Dört pervaneli bir insansız hava aracının takip denetiminde giriş zaman gecikme etkilerinin telafisi
Input time delay compensation in tracking control of a quadrotor UAV
Yazar: HÜSEYİN YILMAZTEKİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERHAT OBUZ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Kumanda Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan kontrol = Nonlinear control ; Doğrusal olmayan kontrol teorisi = Nonlinear control theory ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Giriş zaman gecikmesi, mühendislik uygulamalarında yaygınca görülmekte ve genellikle sistemleri olumsuz bir şekilde etkilemektedir. Giriş zaman gecikmelerine sebep olan etkenlere örnek olarak, algılayıcılardan elde edilen verilerde oluşan gecikmeler, haberleşme sırasında meydana gelen gecikmeler, eyleyicilerin sürücülerinde olan gecikmeler, işlemciler üzerinde yapılan hesaplamalarda oluşan gecikmeler ve eyleyicilerin verilen komutu gerçeklemesi için gerekli olan süre verilebilir. Dört motora sahip, dikey ve iniş­kalkış yapabilen dört pervaneli hava aracı, yüksek manevra kabiliyeti ve basit fizik yapısı sebebiyle günümüzde birçok mühendislik uygulamasında yaygınca kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında, dört pervaneli bir hava aracının pozisyon ve yönelim takibini eş zamanlı yaparken, sistemde olabilecek olan değişken ve belirsiz giriş gecikmelerinin bozan etkilerine karşı dayanıklı denetleyici tasarımları yapılmıştır. Dört pervaneli hava aracı, doğrusal olmayan bir sistem dinamiğine sahiptir ve dört eyleyiciye sahip olmasına rağmen pozisyon ve yönelim denetiminin eş zamanlı yapılabilmesi için altı serbestlik derecesinin denetlenmesi gerekmektedir. Denetleyicinin tasarımında sistemdeki belirsiz olan terimlere, dış etkilere ve modellenemeyen etkilere karşı kendini uyarlaması için uyarlamalı bir denetim yöntemi kullanılmıştır. Tasarlanan denetleyicinin Lyapunov tabanlı kararlılık analizinde
Lyapunov­Krasovskii fonksiyonları kullanılmış olup, yarı küresel ve hatanın mutlak bir sınıra yakınsadığı sonuçlar elde edilmiştir. Dört pervaneli hava aracının dinamik model benzetimi ve uyarlamalı denetleyici tasarımı MATLAB/Simulink test ortamında gerçekleştirilmiştir. Zamanla değişen giriş gecikmeleri için üç farklı referans yörüngesi takip benzetimleri gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan denetleyici, karmaşık yapılı yörüngelerde ve sistemde oluşan giriş gecikmelerine karşı dayanıklı, sistem dinamiğindeki belirsiz parametrelere ve toplamsal bozan etkilere karşı dayanıklı olduğu benzetim sonuçlarında gözlemlenmiştir.

Abstract:
Input time delay is commonly exists in engineering applications and often negatively effects systems. Communication, actuator drivers, sensors processes, calculations on processors, and the time needed for actuators to execute may be given as examples of the reasons that cause input time delays. An unmanned aerial vehicle with four propellers can vertical takeoff and landing, is widely used nowadays in many engineering applications due to its high maneuverability and simple physics structure. In this thesis, adaptive controllers are designed to compensate for the effects of unknown time­varying input delay and unknown time­varying additive disturbances and track the reference position and attitude trajectories of a quadrotor concurrently. The dynamics of quadrotors include highly nonlinear terms and uncertain parameters with additive disturbances. In addition, although quadrotors have four propellers, six degrees of freedom have to be controlled concurrently to perform trajectory tracking. An adaptive controller is designed to track a reference position and attitude
trajectories despite the challenges mentioned above for controlling a quadrotor. The numerical simulations are performed in MATLAB/Simulink test environments for three different reference trajectories. Numerical simulation results show that the designed adaptive controller is robust to the effects of the input delays and disturbances.