İnsansız bir hava aracının yanal durum-uzay modelinin ve uçuş kontrol sisteminin eş zamanlı tasarımı

Abstract

Bu yüksek lisans tezi kapsamında uçuş kontrol sistemi ve küçük bir insansız hava aracının (İHA) yanal durum-uzay modelinin eş zamanlı olacak bir şekilde tasarımı ve gerçek zamanlı uygulaması incelenmiştir. Bu amaçla Erciyes Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi Model Uçak Atölyesinde kanadı ve kuyruk takımı gövdeye belli aralıklarda farklı yerlerden montajı sağlanan ve ayrıca kanadı ve kuyruğu birbirinden bağımsız bir şekilde kuyruk burun hattında ileri geri uçuş öncesinde yer değiştiren bir İHA üretimi gerçekleştirilmiştir. Bunu takiben TÜBİTAK projesi bütçesi ile P, I, D katsayılarının istenildiği gibi belli aralıklarda değişimine izin verebilen bir otopilot temin edilmiştir. Öncelikle İHA'nın dinamik modeli ve boylamasına ve yanal durum uzay modelleri sunulmuştur ve İHA'nın bir simülasyon modeline elde edilmiştir. Aynı zamanda otopilot sisteminin de blok diyagramına ulaşılmış ve MATLAB/Simulink ortamında modellenmesi yapılmıştır. Sonrasında ise bu iki modelden faydalanılarak ve ayrıca adaptif rassal bir optimizasyon yöntemi olan SPSA'de kullanılarak yükselme zamanı, oturma zamanı ve maksimum aşımdan oluşan bir maliyet fonksiyonunu minimize edecek şekilde İHA ve otopilot sistemi eş zamanlı olarak yeniden tasarlanmıştır. Simülasyon cevaplarında ve gerçek uçuşlarda yüksek performans kolaylıkla gözlenmiştir.

In this master thesis it is examined that simultaneous flight control system and lateral state-space model of small unmanned aerial vehicle (UAV) and real time application. For this purpose an UAV whose wing and tail unit can be assembled to fuselage from different points in a prescribed interval and whose wing and tail can move forward and backward independently in tail to nose direction is manufactured in Erciyes University Faculty of Aeronautics and Astronautics Model Aircraft Laboratory. Following this, an autopilot is purchased using TÜBİTAK project budget and it lets change of P, I, D coefficients in certain intervals. First, dynamic model, and longitudinal and lateral state space models of UAV are obtained and then simulation model of UAV is reached. At the same time block diagram of autopilot system and modeling of it in MATLAB/Simulink environment are found. After these, using these two models and also benefiting and adaptive stochastic optimization method namely SPSA, simultaneous design of UAV and autopilot is done in order to minimize a cost function consisting of rise time, settling time and maximum overshoot. Therefore, primarily autonomous performance is maximized in computer environment. Moreover, high performance is observed by looking at simulation responses and real-time flights.