Performance comparison of different control techniques on unmanned aerial vehicles

Günümüz gelişen teknolojisi ile otonom insansız hava araçları savunma sanayi başta olmak üzere birçok alanda yüksek bir ivme ile artan popülerliğe sahiptir. İnsansız hava araçları pazarında en büyük pay şüphesiz savunma sanayi çalışmalarınındır. Bu tez çalışmasında insansız hava araçlarında farklı kontrol tekniklerinin performans karşılaştırması ele alınmaktadır. Doğrusal olmayan ve birbiri ile etkileşimli birçok durumu ihtiva eden dönerkanat tipinde bir insansız hava aracı üzerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Aracın Newton-Euler metodu ile elde edilen dinamik modeli kullanılmış ve model katsayıları gerçeklenebilir şekilde tutularak elde edilmiştir. İlk olarak dönerkanat sistemine benzer bir sistem olan döner ters sarkaç sistemi ele alınmıştır. Döner ters sarkaç üzerinde doğrusal ve doğrusal olmayan bazı kontrol yöntemleri çalışılmış ve geliştirilen bu algoritmalar dönerkanat kontrolü için bir temel oluşturmuştur. Dönerkanat sistemi için ise sırasıyla kayan kipli kontrol (KKK) yöntemi, oransal integral ve türevsel (PID) kontrol yöntemi, geriadımlamalı kontrol yöntemi, pekiştirmeli öğrenmeli kontrol, geribeslemeli doğrusallaştırmalı kontrol ve ters dinamik kontrol yöntemleri irdelenmiştir. Gezinge takip performansı, kontrol sinyallerinin uygulanabilirliği ve geçici tepkileri incelenmiş ve ortalama karesel hatalar ile birlikte uygulanan metotlar arasında karşılaştırmalı değerlendirme yapılmıştır. Bahsi geçen kontrol yöntemleri bilgisayar benzetimi kullanılarak test edilmiş ve ana amaçlar doğrultusunda kıyaslanmıştırFor today’s developing technology autonomous unmanned aerial vehicles have very high accelaration of popularity foremostly in defence industry. The biggest rate of market in unmanned aerial vehicles is undoubtly defence industry studies. In this thesis, performance comparision of different control techniques on unmanned aerial vehicles is investigated. The control techniques are applied to a quadrotor type unmanned aerial vehicle that has nonlinear and some coupled states. The dynamic model derived from Newton Euler method is used and model coefficient are thought applicable. Firstly, the rotary inverted pendulum system that resembles to quadrotor is investigated. Some linear and nonlinear control techniques are studied on rotary inverted pendulum and due to this study developed algortihms are the preliminary study for control of quadrotor. For quadrotor system, Sliding mode control, Proportional integral derivative control, Backstepping control, Reinforcement learning control, Feedback linearization control and Dynamic inversion control are applied respectively. Trajectory tracking performance, enforceability of control signal and the conformity of transient response are examined and due to mean squared error a comparative assessment is handled. The aformentioned control techniques are applied by simulation to the system