000 08920nam a2200613 i 4500
001 200460033
003 TR-AnTOB
005 20240510140739.0
007 ta
008 171111s2023 xxu e mmmm 00| 0 eng d
035 _a(TR-AnTOB)200460033
040 _aTR-AnTOB
_beng
_erda
_cTR-AnTOB
041 0 _atur
099 _aTEZ TOBB FBE ELE YL’23 İNA
100 1 _aİnal, Mertcan
_eauthor
_9145342
245 1 0 _aMultirotor sistemlerde doğrusal ve doğrusal olmayan denetleyici tasarımı ile hata toleranslı sistemlerin incelenmesi /
_cMertcan İnal; thesis advisor Coşku Kasnakoğlu.
246 1 1 _aAnalyzing fault tolerances by developing linear and nonlinear controllers for multirotor systems
264 1 _aAnkara :
_bTOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü,
_c2023.
300 _axxii, 82 pages :
_billustrations ;
_c29 cm
336 _atext
_btxt
_2rdacontent
337 _aunmediated
_bn
_2rdamedia
338 _avolume
_bnc
_2rdacarrier
502 _aTez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Aralık 2023
520 _aİnsansız Hava Araçlarının (İHA) kullanım alanı her geçen gün artmaktadır. Özellikle quadrotorlar güvenlik, trafik gözetimi, doğal risk yönetimi, çevresel keşif, tarım ve askeri gibi çok çeşitli uygulamalar için kullanılmaktadır. Ancak quadrotorlarda motor arızaları, sensör arızaları veya haberleşme arızaları oluşabilmekte ve hem araçlarda ciddi kazalara hem de çevrenin zarar görmesine neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı, bir quadrotor için arıza veya bozucu dış etkenler durumunda güvenilirliğini ve kararlılığını artırmak için hataya, gürültüye dayanıklı bir kontrolör tasarımı geliştirmeyi amaçlamaktadır. Quadrotorun durum uzay denklemlerinin çıkarımı için serbest uzayda x,y,z koordinat sisteminden yola çıkarak hareket denklemleri çıkarılmıştır. Bu hareketlerde dört rotorlu sistemin yalpa, yunuslama, sapma ve irtifa hareketlerinin matematiksek denklemleri tanımlanmıştır. Tanımlanan denklemlerin Matlab Simulink'te tasarımları yapılarak sistem benzetimleri yapılmıştır. Sistemin kontrolü için doğrusal ve doğrusal olmayan denetleyici geliştirilmiştir. Ilk olarak geleneksel PID geribeslemeli kontrol sistemi önerilmiştir. Kendi belirlediğimiz kazanç katsayıları ile yapılan analizlerde denetleyici, kısıtlamalar altında belirli oranda hataları düzeltme ve giriş referans sinyalini takip etme yeteneğine sahiptir. Simulink PID bloğu ile kazanç katsayıları tekrar belirlenmiştir ve farklı referans sinyallere karşılık sistemin yalpa, yunuslama, sapma ve irtifa hareketlerinin çıktıları incelenmiştir. PID bloğu ile yapılan analizlerde daha iyi sonuçlar alınmış olsa da irtifa hareketi için kendi belirlediğimiz kazanç değerlerinde sistemin daha kararlı olduğu gözlemlenmiştir. Doğrusal olmayan denetleyici yöntemleri ile quadrotor gibi çok dinamikleri olan karmaşık sistemlerde uçuş güvenliği açısından daha kararlı çıktılar alınabilmektedir. Bu sebepten tez çalışmasında irtifa hareketi için bir geri adımlamalı denetleyici tasarımı yapılarak, sonuçlar geleneksel PID denetleyicili sistemin sonuçları ile kıyaslanmıştır. Doğrusal olmayan denetleyicili sistem referans sinyali takip etme ve bozucu etkilere karşı sistemin kararlılığını kontrol edebilmesi açısından daha gürbüz sonuçlar verdiği görülmüştür. PID denetleyici değerlerini ayarladığımızda daha iyi durum yanıtları elde edebiliriz ancak sistemin referans takibinin oturma süresi uzamıştır. Giriş sinyali farklı formlarda sisteme verilerek quadrotorun serbest uzaydaki hareketi gözlemlenmiş ve yorumlanmıştır. Literatüde diğer çalışmalardan farklı olarak, doğrusal olamayan çok giriş ve çok çıkışlara sahip olan sistem, giriş – çıkış ölçüm metodu ile doğrusal bir sistem gibi düşünülmüş ve irtifa hareketi transfer fonksiyonu çıkartılmıştır. Bu fonksiyondan Kalman Filtresi tasarımı yapılarak sonuçlar incelenmiştir. Nitekim, tasarlanan filtre ile sistemin durum tahmini sadece giriş ve çıkıştan alınan sinyaller ile yapılmış ve sistem çıkışında daha gürültüsüz bir sinyal alınmıştır. Sonuç olarak, doğrusal olmayan kontrol metodlarından biri olan geri adımlamalı kontrol ile doğrusal kontrol metodlarına kıyasla daha kararlı çıktılar alınmış ve sistem durumu filtre kullanılarak tahmin edilmiş ve sistem bozucularının etkisi en aza indirilmiştir.
520 _aThe usage area of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) is increasing day by day. Quadrotors in particular are used for a wide variety of applications, including security, traffic surveillance, natural risk management, environmental exploration, agriculture and military. However, engine malfunctions, sensor malfunctions or communication malfunctions may occur in quadrotors, causing serious accidents in vehicles and damage to the vehicle and to the environment. The aim of this study is to develop a fault- or noise-tolerant controller design for a quadrotor to increase its reliability and stability in case of failure or disruptive external factors. In order to derivate the state space equations of the quadrotor, the equations of motion were calculated based on the x,y,z coordinate system in free space. In these movements, the mathematical equations of the roll, pitch, yaw and altitude movements of the four-rotor system are defined. The defined equations were designed in Matlab Simulink and system simulations were made. Linear and non-linear controllers have been developed to control the system. First of all, a traditional PID feedback control system was implemented. In the analysis with the gain coefficients we determined, the controller has the ability to correct errors to a certain extent under restrictions and able to follow the input reference signal. Gain coefficients were determined again with the Simulink PID block, and the outputs of the system's roll, pitch, yaw and movements were examined in response to different reference signals. Although better results were obtained in the analysis made with the PID block, it was observed that the system was more stable at the gain values We determined for altitude movement. With non-linear controller methods, better results can be obtained in terms of flight safety in complex systems with many dynamics such as quadrotors. For this reason, in the thesis study, a feedback controller was designed for altitude movement and the results were compared with the results of the traditional PID controller system. It has been observed that the system with a nonlinear controller provides better results in terms of tracking the reference signal and controlling the stability of the system against disturbing effects. When we adjust the PID controller values, we can obtain robust state responses, but the reference tracking of the system is prolonged. By giving the input signal to the system in different forms, the movement of the quadrotor in free space was observed and interpreted. Unlike other studies, the system, which has multiple non-linear inputs and multiple outputs, is considered as a linear system with the input-output measurement method and the altitude movement transfer function is derived. A Kalman Filter was designed from this function and the results were examined. As a matter of fact, with the designed filter, the state estimation of the system was made only with the signals received from the input and output of the system, and more noiseless signal was received at the system output. As a result, more stable outputs were obtained with backstepping control, one of the nonlinear control methods, compared to linear control methods, and the system state was estimated using a filter and the effect of system disturbances was minimized.
653 _aİHA
653 _aDört rotorlu sistemler
653 _aQuadrotor
653 _aKontrol sistemleri
653 _aDoğrusal kontrol
653 _aDoğrusal olmayan kontrol
653 _aGeri adımlamalı kontrol
653 _aPID Kontrol
653 _aOransal İntegral Türevsel kontrolcü
653 _aDoğrusal olmayan sistemler
653 _aGeri besleme
653 _aKalman filtresi
653 _aUAV
653 _aQuadrotor systems
653 _aQuadrotor
653 _aControl systems
653 _aLinear control
653 _aNon-linear control
653 _aBackstepping control
653 _aPID Control
653 _aProportional Integral Derivative controller
653 _aNon-linear systems
653 _aFeedback
653 _aKalman filter
700 1 _aKasnakoğlu, Coşku
_971445
_eadvisor
710 _aTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi.
_bFen Bilimleri Enstitüsü
_977078
942 _cTEZ
_2z
999 _c200460033
_d78245