Quadrotor VTOL aracının modellenmesi ve kontrolü
Modeling and control of a quadrotor VTOL vehicle
Yazar: BORA ERGİNER
Danışman: Y.DOÇ.DR. ERDİNÇ ALTUĞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Sistem Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bulanık denetleyiciler = Fuzzy controllers ; Helikopter = Helicopter ; Kontrol yöntemleri = Control methods ; Modelleme = Modelling ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Bu çalışmada bir Quadrotor VTOL hava aracının modellenmesi ve kontrolü yapılmıştır. Bu amaçla, tarihten günümüze kadar olan belli başlı Quadrotor tasarımları araştırılmıştır. Bu tasarımlar hakkında detaylı bilgi verilmiş ve Quadrotor gelişimine olan katkıları, deney süreçleri ve sonuçları anlatılmıştır. Quadrotor'un modellenmesi ve kontrolü üzerine akademik çalışmalar incelenmiştir ve belli başlı bazı çalışmalar detaylı bir şekilde anlatılmıştır.Bir Quadrotor helikopterin matematiksel modeli Newton-Euler denklemleri kullanılarak çıkartılmıştır. Modeli kontrol etmek için PD ve Bulanık PD kontrolcüler tasarlanmıştır. Matlab Simulink programıyla model ve kontrolcülerin performansları incelenmiştir.Bunlardan sonra, yapılan çalışmaların gerçek bir sistem üzerinde deneysel olarak incelenmesi için bir deney düzeneği hazırlanmıştır. Deneyde Quadrotor helikopter üzerine yerleştirilen bir IMU3 ile ivme ve açısal hız değerleri bilgisayara gönderilmiştir. Bilgisayarın bu değerleri okuyup işleyebilmesi için Matlab programında kodlar yazılmıştır. Bu kodlar yardımıyla elde edilen değerler tasarlanan kontrolcü algoritmalarıyla işlenip kontrol komutları elde edilmiştir. Kontrol sinyallerini helikoptere göndermek için bilgisayarın paralel portundan veri gönderebilecek başka bir kod yazılmıştır. Bu veriler bir radyo vericisi tarafından quadrotora gönderilmiştir. Sinyal alıp verme iletişimi sağlandıktan sonra helikopterin kendi ekseni etrafında dönme açısı olan yönelme açısını başarıyla kontrol etmiştir.Sonuç olarak, elde edilen deney ve simülasyon sonuçları incelenmiş ve tasarlanan modelin ve her iki kontrol mantığının performansları irdelenmiştir.Anahtar kelimeler: Quadrotor, kontrol yöntemleri, bulanık denetleyiciler, insansız hava aracı, helikopter.

Abstract:
In this work we presented modeling and control of a Quadrotor VTOL air vehicle. For this purpose, we searched and analyzed fundamental Quadrotor designs. We gave detailed information about these designs; benefits they provided for improvement of Quadrotor technology, experimental processes and results explained. Academically studies about Quadrotor design and control investigated and some fundamental works explained in details.A mathematical model of a Quadrotor acquired by using Newton-Euler equations. To control the derived model, PD and Fuzzy PD controllers designed. By Matlab Simulink software, performance of the model and controllers investigated.After these steps, to examine these designs on a real system a test bed configured. In the experiments, an IMU placed on the helicopter which sends acceleration and angular velocity data to an external computer. Matlab codes written to process acquired IMU data. These data used by controller algorithms to produce control signals. We wrote another code which sends controller signals to the helicopter by computer?s parallel port. These signals were sent to helicopter by a transmitter. After signal receiving and sending communication established, the yaw angle which is the helicopter?s turning angle of its z axis controlled successfully.At last, experimental data and simulation data investigated. And performance of model and both of the controller algorithms studied.Keywords: Quadrotor, control methods, fuzzy controllers, unmanned aerial vehicle, helicopter.