Flight control system design of an uncommon quadrotor aerial vehicle

Bu tezde, yaygın olmayan dört rotorlu bir hava aracı için uçuş kontrol sistemi tasarımı anlatılmıştır. Bu hava aracı kaldırma kapasitesini arttırmak için uzunlamasına eksende ters yönde dönen iki büyük rotordan ve yönelim kararlılığını sağlamak için yanlamasına eksende ters yönde dönen iki küçük eğilebilen rotordan oluşmaktadır. İlk olarak Newton-Euler formülasyonu kullanılarak bu aracın tam doğrusal olmayan dinamik modeli elde edilmiştir. Sonra havada sabit konum çevresinde çıkarılan yakın doğrusal model statik olarak ayrılarak uçuş dinamikleri basitleştirilmiştir. Elde edilen diyagonal model temel olarak fiziksel prensiplere bağlıdır ve belirsiz parametreleri, algılayıcı gecikmelerini, yapının esnek modlarını ve hatalı ayırma gibi dinamikleri içermez. Bu nedenle sistem tanılama metodu kullanılmıştır ve daha doğru model bu araç yeterli performans ve kararlılık dereceleri veren PI denetleyiciler ile kararlı haldeyken yapılan uçuş testlerinden kestirilmiştir. İkinci olarak, sabit konum doğrusal modelindeki parametrelerin önem dereceleri araştırılmıştır. Dinamik modeldeki her parametrenin belirli belirsizliği olduğu kabul edilmiştir. Yapılandırılmış tekil değer duyarlılık analizi gürbüz kararlılık bakımından önemli olan parametreleri belirlemiştir. Parametrelerin tahammül edilebilir belirsizlikleri de hesaplanmıştır. Yüksek performanslı denetleyici tasarımı için sonraki gürbüz denetleyici tasarımına uygun olan doğru model gereklidir. Bu nedenle sistem tanılama aşamasında gürbüz kontrol kriteri düşünülmüştür. Sistem modeli en uygun numerik şartlanma için veribağımlı birimdik polinomlar kullanılarak elde edilen doğrusal en küçük kareler probleminin çözümüyle kestirilen aralarında asal bölümlerle tanımlanmıştır. Sonra onaylama temelli belirsizlik modelleme yapılarak frekansa bağlı belirsizlik üst sınırı hesaplanmıştır. Belirsizlik üst sınırı ve kararlılık sağlayan denetleyicinin özel asal bölümleri kullanılarak yüksek performanslı denetleyici sentezini kolaylaştıran gürbüz kontrol amaçlı model set elde edilmiştir. Son olarak yeterli kararlılık dereceleri veren PI denetleyici ile tasarlanan gürbüz denetleyicinin performansları analiz edilmiştir. Yönelim kararlılığı ve tork bozucu bastırma performansları karşılaştırılmıştır. Birçok uçuş deneyi tasarlanan gürbüz denetleyicinin PI denetleyici ile karşılaştırıldığında yönelim kontrol performansı artışı verdiğini göstermiştir.