Dönerkanatlı Bir İnsansız Hava Aracının Özgün Modellenmesi ve Kontrolü

İnsansız hava araçları günümüzde keşif, arama kurtarma, hasar tespiti gibi alanların yanında insanlar için bulunulması tehlikeli ortamlarda yapılacak görevlerde kullanılabilmektedir. Bu çalışmada 4 rotorlu insansız hava aracı tasarımı yapılması amaçlanmıştır. Tasarımla birlikte insansız hava aracının yükseklik ve yönelim kontrollerinin de yapılması amaçlanmıştır. Çalışma da daha çok quadrotor kontrolü üzerine odaklanılmıştır. 4 rotorlu insansız hava araçları 6 serbestlik derecesine sahip araçlardır. Durum kestirimi ve gürültüleri elimine etmek için bütünleyici filtre kullanılacaktır. Uçuş stabilitesi için atalet ölçüm sistemi oluşturulacaktır. Atalet ölçüm sistemi quadrotorun yükseklik, hız, yön ve pozisyon gibi verilerini takip edip değerlendirecektir. Quadrotorun merkezi bir mikrodenetleyicisi olacak ve uçuş için gerekli bütün bileşenleri yönetecektir. Bu mikrodenetleyici atalet ölçüm sisteminden ve kullanıcıdan almış olduğu verileri değerlendirip motor hızlarını ayarlamakta kullanabilecektir. Bütün tasarım kriterleri göz önünde bulundurulurken quadrotorun mümkün olduğunca hafif, stabil uçuş ve ani manevralar yapabilmesi için çalışılacaktır. Temel parçalar olarak ise 4 rotor için fırçasız DC motorlar, atalet ölçüm sistemi için ivmeölçer ve jiroskop, uzaktan kontrol için kumanda seti ve 16 Analog dijital çeviricisi ve 15 PWM çıkışı olan bir mikrodenetleyici kullanılmıştır.

Amaç

Bu çalışmada, dört rotorlu insansız hava aracının matematik modeli Newton – Euler metodu ile incelenmesi ve hava aracı için uygun kontrolcünün bulunması amaçlanmıştır.

Bu amaçlar doğrultusunda hava aracının bilgisayar ortamında matematik model kurulmuştur. Aracın kontrolü için PID kontrolörleri model üzerinde denenmiştir.

Ayrıca bu çalışma kapsamında, İstanbul Teknik Üniversitesi Mekatronik Eğitim ve Araştırma Merkezinde kurulun İnsansız Dört Rotorlu Hava Araçları için Değişken Serbestlik Dereceli Yere Sabit Deney Düzeneği üzerinde çalışılmış, quadrotorun kontrolü için tasarlanan denetleyiciler deney üzerinde de denenmiştir.

Son olarak bilgisayar ortamındaki tasarlanan denetleyicilerin benzetim sonuçları ile deney düzeneği üzerindeki sonuçları karşılaştırılmıştır. Projemizde;

• stabilizasyon problemini ortadan kaldırmak,
• 3D ortamda konum kontrolü,
• ve özgün tasarım

adımlarını izleyerek tamamladık.

Takım Üyeleri

• Prof. Dr. Metin Gökaşan – Danışman Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bölümü
• Gökhan Erünlü  –  Mentör , Uçuş Kontrol Birimi Tasarlama ,Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bölümü (Doktora)
• Reşit Demirkıran  –  Sistem Modelleme ve Simülasyon , Kontrolör Geliştirme , Gömülü Sistem Program Yazılımı , Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bölümü
• Abdulbaki Aybakan  –  Sistem Modelleme ve Simülasyon , Kontrolör Geliştirme , Gömülü Sistem Program Yazılımı , Kontrol ve Otomasyon

Çalışma Alanlarımız

Bütün çalışmalarımız İTÜ Mekatronik Eğitim ve Araştırma Merkezi ve İTÜ Güç ve Hareket Rockwell Automation lab. gerçekleştirdik.

Çalışma Takvimimiz