Dört Rotorlu İnsansız Hava Aracı Tasarımı ve Analizi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2018
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ERDEM YILDIZ
Danışman: Recep Ekici
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:İnsansız hava araçları (İHA), günümüzde askeri ve sivil olmak üzere birçok alanda çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu hava araçları; düşük işletme maliyetleri, kullanım yerine ve amacına göre çok farklı güç ve dizayna göre seçim yapılabilmesi ve en önemlisi de hava aracında oluşabilecek beklenmedik bir arıza, hasar veya kaza durumunda pilot kaybı yaşanmaması gibi avantajları nedeniyle kullanımı her geçen gün giderek artmaktadır. Günümüzde, diğer hava taşıtlarıyla kıyaslandığında konstrüksiyon ve kontrol kolaylıklarının yanında küçük boyutları, yakın etkileşim için güvenilirliği ve dikey iniş kalkış özelliği sayesinde hemen hemen her ortamda operasyonel bir şekilde kullanılan quadcopterlerin popülaritesi, sensörler ve kontrol sistemlerindeki gelişmelere paralel olarak her geçen gün daha da artmakta ve bunun bir sonucu olarak, quadcopterin dinamik yapısı pek çok araştırmacının dikkatini çekmekte ve profesyonel araştırma platformlarında, quadcopterler üzerinde yapılan çalışmaların sayısı günbegün artmaktadır. Quadcopterler yüksek dinamiğe sahip elektromekanik sistemler olup, bu dinamik sistemlere kararlı bir şekilde havada kalabilme ya da hareket edebilme gibi yetileri kazandıran uçuş kontrolcüleri, MEMS tabanlı sensörlerden aldıkları çıkış sinyallerini bir tür filtreleme yöntemi kullanarak bir geri besleme kontrol mekanizmasına aktarır ve böylece sistemin kararlı bir yapıda çalışmasını sağlarlar. Bu tez çalışmasının amacı, quadcopter modelleme ve kontrolünün temellerini araştırmak ve bu temellere dayanarak tek kartlı bir bilgisayar olan Raspberry Pi ile bir uçuş kontrolcüsü tasarlamak ve tam operasyonel bir quadcopter oluşturmaktır. Belirtilen amaca ulaşmak için, bu tez çalışmasında, quadcopter dinamiğinin matematiksel modeli incelenmiş ve bu matematiksel model ayrıntılarıyla ortaya konulmuştur. Ayrıca, uçuşun mühendislik becerilerince olabildiğince verimli hale getirilmesi için bir quadcopterde kullanılan esansiyel donanım elemanları üzerinde çeşitli araştırmalar yapılmış ve bu tez çalışmasında oluşturulan quadcopterin donanım elemanlarının seçimi çeşitli analizler sonrasında gerçekleşmiştir. Yapılan literatür araştırmalarının ardından, quadcopterin stabilizasyonu sağlayacak olan uçuş kontrolcüsü, bir Raspberry Pi tek kartlı bilgisayarı üzerinde, modüler programlama teknikleri kullanarak tasarlanmıştır. Bir quadcopterin kontrolünün sağlanması için gerekli esansiyel elemanlar olan MEMS tabanlı sensörlerden alınan çıkış verileri, üç farklı filtreleme tekniği kullanılarak test edilmiş ve yapılan testlerin ardından optimal filtreleme yöntemi olarak Kalman filtreleme yöntemi seçilmiştir. Uçuş kontrolcüsünde kullanılacak olan geri besleme mekanizması olarak ise PID kontrol döngüsü geri besleme mekanizması seçilmiş ve PID kontrol döngüsü geri besleme mekanizması üzerinde ayrıntılı çalışmalar yapılmıştır. Bu tez çalışmasında oluşturulan quadcopter üzerinde stabilizasyonun sağlanabilmesi amacıyla PID denetleyicileri kullanılarak oluşturulan uçuş kontrolcüsüyle yapılan kapsamlı testler ile PID kazanç katsayıları manuel tuning yöntemiyle belirlenmiş ve sonuç olarak, bu tez çalışmasının amacına ulaşılmış olup, quadcopter modelleme ve kontrol teknikleri temel alınarak tek kartlı bir bilgisayar olan Raspberry Pi üzerinde başarılı bir şekilde bir uçuş kontrolcüsü programlanmış ve işlevsel bir quadcopter oluşturulmuştur.