Kayan kipli kontrolcü kullanılarak sabit kanatlı insansız hava aracı için otopilot tasarımı

Abstract

Son zamanlarda insansız hava araçları özellikle askeri alanda olası kazalar sonucunda personel kaybının önüne geçtiği için yoğun bir ilgi mevcuttur ve bu ilgi günden günden artarak insansız hava araçlarına yeni özellikler katmaktadır. Araç içerisinde insan olmayışından dolayı bir kontrol mekanizmasının ihitiyacı ortaya çıkmaktadır. Ayrıca bazı durumlarda insan kontrolü altında bile insanların fizyoljik yapılarının ortaya çıkarmış olduğu kısıtlardan dolayı yardımcı bir kontrol unsuruna ihtiyaç vardır. Bu noktada literatürde birçok kontrol teorisi bulunmaktadır ve bunlar birbirlerine göre bazı noktalar etrafında üstünlüklere sahiptir. Üzerinde çalışmış olduğumuz sistem olası çevre koşullarına ve parametre değişimlerine karşı bir gürbüz sistem yapısı istemektedir. Bu fikirler gürbüz kontrol ailesinin bir üyesi olan kayan kipli kontrollü sistem yapısı ihtiyacını ortaya çıkarmaktadır. Geleneksel kayan kipli kontrolcü tasarımı sistem tipi açısından belli kısıtlara sahip olup sistemin tüm durumlarını bilmesine ihtiyaç vardır. Bu çalışmada hem bu kısıtların önüne geçmek hem de durum bilgileri yerine sistemin çıkışlarına ihtiyaç duyan bir kontrolcü olan dinamik çıkış geri beslemeli kayan kipli kontrolcü tasaelanmaktadır. Kontrolcü Matlab/SIMULINK ortamında tasarlanmaktadır. Elde edilen kontrolcünün performansı zorlu uçuş koşullarını sağlayan Xplane uçuş simülatörü kullanılarak yazılım ortamını testi ve ve Ardupilot kontrol kartı ile Apprentice-S model uçağının gerçek uçuş testi yapılmaktadır.

Recently, there is an interest over unmanned aerial vehicles (UAVs) that prevent possible military personel dead in accident in military field and the interest is going to increase gradually by adding new features to UAVs. Because of that, the absence of human factor in UAV systems, a control mechanism requirement becomes a necessity. Furthermore, even in some cases under human control, because of the human limitations that physiological features such as tolerance to high pressure and extreme forces, an auxiliary control structure is required. At this point, in the literature there are many control theories and these have superiotries among themselves around some point. The system that we work on aims at having robust system structure under possible parameter and environmental changes. These factors necesitates a control system structure requirement with sliding mode control that is a member of the robust controller family. Conventional sliding mode controller design has some restrictions in terms of system type and requires all state variables of the system to be measurable. In this study, to overcome these limitations and generation the control signals by using only the output signals of the system instead of measuring all of the state variables of the system, Dynamic Output Feedback Sliding Mode Controller is designed. The controller is designed in Matlab/SIMULINK environment. Obtained controller performance is tested both software in loop simulations in Xplane flight simulator which is a detailed flight simulator to test the extreme flight conditions and in real flight tests designed for Apprentice-S model aircraft with Ardupilot controller board.