Farklı Rüzgâr Bozunumları Altında Quadrotor İHA için LQI Kontrolcü Tasarımı


Canseven M. F., Demir D. G., Erol B.

OTOMATİK KONTROL TÜRK MİLLİ KOMİTESİ ULUSAL TOPLANTISI (TOK2023), İstanbul, Türkiye, 14 - 16 Eylül 2023

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: İstanbul
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Yıldız Teknik Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Bu çalışmada dört rotorlu insansız hava araçlarının (İHA) rüzgâr türbülansı etkisi altındaki kontrolüne odaklanılmaktadır. İHA’ların çalışma koşullarında en zorlayıcı bozucu kaynağı olarak gösterilen rüzgâr bozunumları ile başa çıkması ve bu zorlu ortamlarda İHA'ların güvenilir çalışmasının sağlaması İHA kontrol sistemleri alanında ileri araştırma ve geliştirme çalışmaları için önem arz etmektedir. Bu bağlamda dört rotorlu İHA'ların çeşitli rüzgâr koşullarında güvenli ve verimli bir şekilde çalışabilmesi için LQI kontrolcü geliştirilmiştir. Dört rotorlu İHA'nın dinamik modeli sunularak, hareket denklemleri, eyleyici dinamiğini kapsayacak şekilde modellenmiştir. Doğrusal olmayan hareket denklemleri ve bunların doğrusallaştırılmış karşılıkları, durum uzayı gösterimi ile sunulmuştur. Geliştirilen rüzgâr modeliyle rüzgâr kaynaklı kuvvetler ve momentler, İHA'nın kararlılığı ve kontrolü üzerindeki etkilerini anlamak için incelenmiştir. Farklı senaryolar için oluşturulan çeşitli rüzgâr koşullarında tasarlanan kontrolcünün performansı irdelenmiştir.

This study focuses on the control of quadrotor unmanned aerial vehicles (UAV) under the influence of wind turbulence. Dealing with wind disturbances, which are considered the most challenging disruptive factor in UAV operating conditions, and ensuring the reliable operation of UAVs in such harsh environments are of significant importance for advanced research and development in UAV control systems. In this context, an LQI controller has been developed for quad-rotor UAVs to operate safely and efficiently in various wind conditions. By presenting the dynamic model of the quadrotor UAV, the equations of motion are modeled to include the actuator dynamics. Both nonlinear equation of motion and linearized equivalents are provided along with the state-space representation. The wind-induced forces and moments are examined to understand their effects on the stability and control of the UAV. The performance of the designed controller in various wind conditions that is generated for different scenarios is examined.