Modeling and nonlinear adaptive control of an aerial manipulation system

Otonom hava araçları birçok sivil ve askeri uygulamanın önemli bir parçası haline gelmiştir. Bu araçların çalışma alanı ve çevikliği, kontrol mimarilerini ve mekanik yapılandırmalarını ele alan çeşitli çalışmalarla sonuçlanan büyük araştırma ilgisini motive etti. Artan özerklik, tehlikeli ve zorlu ortamlarda gözetleme, denetim ve uzaktan algılama gibi görevleri gerçekleştirmelerini sağladı. Devam eden araştırmalar, hem teoride hem de pratikte topluma daha fazla katkı vaad etmektedir. Geniş uygulamalarını daha da genişletmek için, hava robotları çevre ile fiziksel etkileşimi sağlayan araçlarla donatılmaktadır. Bu görevler, teknolojik kısıtlamaların yanı sıra, sistemin kontrolü istenen işlemleri verimli ve istikrarlı bir şekilde yapması için gerekli karmaşık yöntemlerin bulunmamasından dolayı büyük bir zorluk teşkil etmektedir. Havada manipülasyonun modelleme ve kontrol sorunu, hala bu konuları farklı bakış açılarından ele alan birçok çalışmanın yer aldığı açık bir araştırma konusudur. Bu tez, bir havada manipülasyon sisteminin (AMS) doğrusal olmayan uyarlanabilir kontrolü ile ilgilidir. Bu sistem, 2 serbestlik dereceli (DOF) manipülatör ile donatılmış bir quadrotordan oluşur. Sistemin tam modellenmesi Euler-Lagrange yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Dış ve iç kontrol döngülerinden oluşan hiyerarşik bir doğrusal olmayan kontrol şeması kullanılmıştır. Model Referans Uyarlamalı Kontrolcü (MRAC), quadrotoru manipülatörden gelen belirsizlikler ve reaksiyon kuvvetleri varlığında referans yörünge üzerinde hareket etmeye zorlamak için gerekli komut sinyallerinin üretildiği dış döngü için tasarlanmıştır. İç döngü için, quadrotorun açısal dinamikleri ve 2-DOF robot kolunun eklem dinamikleri, AMS'nin tamamen harekete geçirilmiş 5-DOF bütünleşik parçası olarak dikkate alınmaktadır. Ataletlerdeki değişikliklerin dikkate alındığı düşük seviye kontrolcüsü için doğrusal olmayan uyarlamalı kontrol kullanılmıştır. Önerilen kontrolcü belirsizlikler, rüzgar bozucu etkisi ve ölçüm gürültüsü varlığında yüksek sadakatli bir AMS modelinde test edilmiş ve tatmin edici yörünge izleme performansının yanı sıra sistemin gürbüzlüğü iyileştirilmiştir.