Model Önsezili Kontrol İle Çok Rotorlu Hava Aracı’nın Kararlılığının İyileştirilmesi

Nowadays, multi-rotor systems are widely used in military, civil and academic applications thanks to their cheap, simple and suitable structures for use in different areas such as surveillance and load carrying. On the other hand, thanks to processor and sensor technologies' progress, modern and high computation power-requiring control methods, such as model predictive controller, have become applicable even on these small systems. This thesis study aims to improve the stability and performance of a multi-rotor system with a model predictive controller. The thesis study can be summarized in six main processes. During the study, firstly, a system model consistent with system identification was obtained. Subsequently, this model was verified with flight tests. In the second part, a simulation model was established using MATLAB-Simulink software and, a model predictive controller was designed with "MPC Designer". This controller has been tested in the simulation environment and compared with the reference PID controller. After satisfactory performance results were obtained, C code was generated with "Embedded Coder", it was added to the existing autopilot software, and software in the loop tests were completed. After this step, the generated code was implemented on the Jetson NANO board and the hardware in the loop tests were started. After accomplishing sufficient performance in these tests, flight tests were started. Finally, the system was tested in a real application and compared with the reference controller.Çok rotorlu sistemler ucuz, basit olmaları ve gözetleme, yük taşıma gibi farklı alanlarda kullanılmaya elverişli yapıları sayesinde günümüzde askeri, sivil ve akademik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Öte yandan, işlemci ve sensör teknolojilerindeki ilerleme sayesinde, bu küçük sistemler üzerinde bile model önsezili kontrolcü gibi modern ve yüksek işlem gücü gerektiren kontrol yöntemleri uygulanabilir hale gelmiştir. Bu tez çalışması da temelde model önsezili kontrolcü ile çok rotorlu bir sistemin kararlılığında ve performansında iyileştirme sağlanmasını hedeflemektedir. Tez çalışması temel olarak altı ana süreçte özetlenebilir. Çalışma sırasında öncelikle sistem tanımlama ile tutarlı bir sistem modeli elde edilmiştir. Ardından elde edilen bu modelin uçuş testleri ile doğrulaması yapılmıştır. İkinci bölümde ise MATLAB-Simulink yazılımları kullanılarak bir benzetim modeli kurulmuş ve "MPC Designer" ile model önsezili kontrolcü tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan bu kontrolcü benzetim ortamında sınanmış ve referans PID kontrolcü ile karşılaştırılmıştır. Tatmin edici performans sonuçlarının alınmasının ardından "Embedded Coder" ile C kodu üretilmiş, mevcut otopilot yazılımına eklenmiş ve döngüde yazılım testleri tamamlanmıştır. Bu aşamadan sonra üretilen kod Jetson NANO kartı üzerine yerleştirilerek döngüde donanımsal benzetim safhasına geçilmiştir. Bu testlerde de yeterli performansın görülmesinin ardından ise uçuş testlerine geçilmiştir. Son olarak uçuş testlerinde sistemin gerçek uygulamada sınanmış ve referans kontrolcü ile karşılaştırılmıştır