Dört rotorlu bir hava aracının modellenmesi, simülasyonu ve PD kontrolcü kullanılarak yükseklik ve konum kontrolü

Quadrotor, 4 rotordan oluşan, dikey iniş ve kalkış yapabilen ve X şekilli bir yapıya sahip olan bir hava aracıdır. Yüksek manevra kabiliyeti, düşük ve yüksek hızlarda uçabilmesi ve basit mekanik yapısı sayesinde kullanım alanları sürekli olarak artmaktadır. Quadrotor için simülasyon ortamında ve deneysel olarak birçok çalışma yapılmış ve yeni çalışmalar yapılmaktadır. Quadrotorun kontrolü için birçok kontrol yöntemi geliştirilmiştir. Bu çalışmada quadrotorun kinematik ve dinamik eşitleri Newton-Euler ilkelerine dayanılarak elde edilmiştir. Bu eşitlikler kullanılarak quadrotorun 2 adet simülasyon modeli oluşturulmuştur. İlk simülasyon modelinde PD (Oransal-Türev) konum kontrolcü, PD (Oransal- Türev) davranış (attitude) kontrolcü ve PI (Oransal-İntegral) motor kontrolcü olmak üzere 3 adet lineer kontrolcü tasarlanmıştır. İkinci modelinde ise PD (Oransal-Türev) konum kontrolcü, kaskat P (Oransal) hız kontrolcü, PD (Oransal- Türev) davranış (attitude) kontrolcü ve PI (Oransal-İntegral) motor kontrolcü olmak üzere 4 adet lineer kontrolcü tasarlanmıştır. Bu iki simülasyon modelinin referans ve ölçülen konum sinyalleri, ölçülen lineer hızları, ölçülen Euler açıları ve konum hata sinyalleri verilmiş ve yorumlanmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçlarına göre quadrotor, en fazla 5 m/s hızlarda yörünge takibini garanti etmiştir. 1. ve 2. simülasyon modellerinde yerleşme süresi 3 ile 4 saniye arasında olmuştur. 1. simülasyon modelinde yerleşme süresinden sonra kalıcı hal hatası olmamıştır. 2. simülasyon modelinde yerleşme süresinden sonra lineer hızın %5'i kadar kalıcı hal hatası oluşmuştur. Giriş referans sinyali lineer olan simülasyonlarda, yerleşme süresi içinde 2. simülasyon modelinde konum hatası 1. simülasyon modelinden daha az ölçülmüştür. Hız kontrolcü olan 2. simülasyon modelinin tek avantajı lineer referans sinyali uygulanan simülasyonlarda yerleşme süresi içindeki hatayı azaltmasıdır. Dolayısıyla 1. simülasyon modeli en fazla %5 hata ile iyi bir performans göstermiştir. Ayrıca yerleşme süresinden sonra kalıcı hal hatası oluşturmamıştır. 2. simülasyon modelinin yalnızca yerleşme süresi boyunca kullanılması ve yerleşme süresinden sonra ise kalıcı hal hatasının olmaması için 1. simülasyon modelinin kullanılması daha iyi performans göstermiştir.