Disturbance rejection and attitude control of quadrotor with lqg

Abstract

Bu çalışma quadrotor'un matematiksel modellemesi, kontrol tasarımı ve beyaz Gauss gürültüsü ile rüzgar değişim türbülansının farklarını belirtmek üzerinedir. Quadrotor' un dört adet pervanesi bulunur ve bu pervanelerin ürettiği itki ve tork ile uçar. Quadrotor'un davranış kontrolü her zaman araştırma konusu olmuştur. Bu tez iki ana noktaya odaklanmaktadır. Öncelikle quadrotor' un Gauss gürültüsü ve rüzgar değişimi türbülansı bozucu etkileri altında davranış kontorlünü sağlayacak kontrolcüleri tasarlamak. İkici olarak da Gauss gürültüsü ile rüzgar değişimi türbülansı arasındaki ortaya koymaktır. Matematiksel model için Newton – Euler formalizmi kullanılmıştır. Doğrusal kontrol teknikleri olarak LQG ve PID kontrol kullanılmıştır. Durum tahmini ve gürültü engelleme için Kalman filtresi kullanılmıştır. Son olarak, rüzgar değişimi türbülansı ve beyaz Gauss gürültüsünün sisteme etkileri birlikte ve ayrı ayrı incelenmiş ve simulasyonla ortaya koyulmuştur. Elde edilen sonuçlar, rüzgar değişimi türbülansı ve beyaz Gauss gürültüsünün sistemde farklı etkilere yol açtığını ve bu çalışmada önerilen yaklaşımın bu bozucu etkileri başarılı bir şekilde giderdiğini göstermektedir.

This thesis is about mathematical modelling, control design of a quadrotor and stating the differences between Gausissan white noise and Wind Shear turbulence. Quadrotor has four rotors and flies through the generated thrust and torques by these rotors. Altitude and attitude control of the quadrotor has always been a research subject. This thesis is focused on two main topics. Firstly, designing altitude and attitude controls of a quadrotor under Wind Shear turbulence and Gaussian white noise. Secondly, showing the different effects of the Gaussian white and Wind Shear on the quadrotor system. For mathematical model, Newton-Euler formalism is used. Linear control techniques such as, LQG and PID are used for altitude and attitude control. Kalman Filter is used for state estimation and noise filtering. Finally, the effects of wind turbulence and Gaussian white noise on the quadrotor system is examined and showed by simulations both separately and together. The results shows that, Wind Shear and Gaussian white noise had different effects on the quadrotor system and the proposed control approach successfully rejected these disturbances.