İHA'lar için uçuş kontrol kartı tasarımı ve kalman filtre tabanlı uçuş konum kontrolü

Teknolojinin gelişimiyle birlikte İnsansız Hava Araçlarının (İHA) sivil ve askeri alanlarda yaygın olarak kullanımının arttığı bilinmektedir. Özellikle dikey iniş kalkış yapabilen 4 motorlu İHA'ların yüksek manevra kabiliyeti, küçük boyutu ve otonom uçuş yeteneği gibi önemli özelliklere sahip olması, kullanım alanını genişletmiştir. Bu tez çalışmasında, İHA'lar için özgün bir kontrol kartı tasarımı ve Kalman Filtreleri ile yüksek doğrulukla ölçme ve denge kontrol işlemlerinin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada ilk olarak genel amaçlı bir uçuş kontrol kartı tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Uçuş kontrol kartında ARM Cortex-M4 tabanlı bir mikrodenetleyici olan STM32F401RCT6 mikrodenetleyici kullanılmış ve denge ölçümleri çoklu sensör grubu içinde ataletsel ölçüm birimi (IMU sensörlerle) sağlanmıştır. Çalışmada daha sonra, İHA'lar için oluşturulan deneysel kontrol donanımının ardından, kontrol yazılımında IMU sensörden alınan sinyaller Kalman filtreleri ile anlamlı ve kararlı sinyallere dönüştürülmüş ve kontrol döngüsü için hazır hale getirilmiştir. Özgün olarak geliştirilen uçuş kontrol kartı, donanım olarak bir İHA için gerekli tüm otonom uçuş kontrol gereksinimlerini sağlayabilecek özelliktedir. Geliştirilen sistemde uçuş kontrol yazılımı iki ana bölümden oluşmaktadır. Birincisi, sensörlerden gelen gürültülü ve gecikmeli verileri filtreleyerek ve tahmin ederek kontrolcüye daha anlamlı ve daha doğru bilgiler sağlayan tahmin edici bölümdür. Burada sensörlerden gelen verileri birleştirerek daha doğru ve güvenilir bir durum tahmini sağlayan Kalman filtreler ve sensör füzyonu algoritmaları birlikte kullanılmıştır. Uçuş kontrol yazılımı ikinci kısımda, İHA'nın açısal hız, açı, doğrusal hız ve konum gibi değişkenlerini kontrol eden denetleyici algoritmaları bulunmaktadır. Deneysel çalışmada, tasarlanan uçuş kontrol kartının kapalı çevrim denge kontrolü testi için en temel denetleyici yapısı olan PID kontrol kullanılmıştır. Test çalışmalarında sabit bir referans açıya yerleşme, kare dalga formunda düzenlenen referans açılara yerleşme, bozucu etkilere karşı davranışlar gözlenmiştir. Ayrıca Kalman Filtresinin etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlardan, tasarlanan uçuş kontrol kartının denge deneylerinde oldukça başarılı olduğu, başarılı bir uçuş kontrol için filtreleme, özellikle Kalman Filtresi, Sensör Füzyonu gibi tamamlayıcı algoritmaların kararlılığı etkilediği görülmüştür.