Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu

Ömer BAYRAKTAR, (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, İmalat Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
Abdulmecit GÜLDAŞ (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, İmalat Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
Politeknik Dergisi
6 1
Yıl: 2020 Cilt: 23 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 1197 - 1204 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.2339/politeknik.636950 İndeks Tarihi: 29-07-2022

Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu

Öz:
Bu çalışmada, quadrotorların dinamiğini büyük ölçüde belirleyen itme ve tork kuvvetleri deneysel olarak ölçülmüş ve quadrotorunsimülasyon modeli üzerinden optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Motor devrinin kontrolünde elektronik hız kontrol kartıkullanılmış ve darbe genişlik modülasyon (DGM) metodu ile 1100-2000 frekans aralığında kontrol edilmiştir. Motor ve pervaneçiftinin itme kuvveti, tork değeri ve devir sayısı ölçümleri deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Bu deneysel verilerin regresyonanalizleri motor devrine bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Regresyon analizleri doğrusal, karesel, kübik ve sabit katsayılı metodlarile gerçekleştirilmiştir. Regresyon ile elde edilen denklemler Matlab/Simulink’te oluşturulan quadrotor modeline uygulanmış vequadrotorun dairesel yörünge takibindeki hatalar kıyaslanmıştır. Momentum teoreminden elde edilen itme kuvveti ve torkdeğerlerinin 2 metrelik yörünge takibinde yüksek hata miktarına sahip olduğu gözlenmiştir. İtme kuvvetinin belirlenmesindekaresel regresyon yönteminin kullanılması ve tork değerinin belirlenmesinde kübik regresyon yönteminin kullanılması, yörüngetakibindeki hata miktarını en aza indirdiği gözlenmiştir.
Anahtar Kelime:

Optimization of Quadrotor’s Thrust and Torque Coefficients and Simulation with Matlab/Simulink

Öz:
In this study, the thrust forces and torque values were experimentally measured which determine the quadrotor dynamics majorly and and optimization was performed on the the quadrotor simulation model. The electronic speed controller, which regulates the speed of the rotors, is controlled in the frequencies range from 1100 to 2000 by pulse width modulation (PWM) method. Thrust force, torque value and rotor speed measurements were experimentally performed on motor and propeller pair. The regression analyzes of these parameters were performed according to the rotor speed. Regression analyzes were performed with linear, quadratic, cubic and constant coefficient methods. The obtained regression equations were applied to Matlab/Simulink quadrotor model and the errors in the quadrotor trajectory tracking were compared. It has been observed that the thrust and torque values obtained from momentum theorem have high deviation in 2-meter trajectory tracking. It has been observed that using the quadratic regression method to determine thrust force and using the cubic regression method to determine torque value minimize the amount of error in trajectory tracking.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] Chen X., Zhang. M., and Yang Y.-D., “Study of an Intelligent PID Attitude Controller for UAV”, Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 6: 76-83, (2003).
  • [2] Lee D., Kim H. J., and Sastry S., “Feedback linearization vs. adaptive sliding mode control for a quadrotor helicopter”, International Journal of Control Automation and Systems, 7(3): 419-428, (2009).
  • [3] Nicol C., Macnab C. J. B., and Ramirez-Serrano A., “Robust neural network control of a quadrotor helicopter”, Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, Niagara Falls, 1233-1237, (2008).
  • [4] Santos M., López V., and Morata F., “Intelligent fuzzy controller of a quadrotor”, IEEE International Conference on Intelligent Systems and Knowledge Engineering, Dalian, 141-146, (2010).
  • [5] Madani T. and Benallegue A., “Adaptive control via backstepping technique and neural networks of a quadrotor helicopter”, IFAC Proceedings Volumes, 41(1): 6513-6518, (2008).
  • [6] Bouabdallah S. “Design and control of quadrotors with application to autonomous flying”, Ph.D Thesis, École Polytechnique and Federale De Lausanne, Siegwart, Roland, (2007).
  • [7] Tomashevich S. and Belyavskyi A., “Passification Based Simple Adaptive Control Of Quadrotor”, IFACPapersOnLine, 49(13): 281-286, (2016).
  • [8] Shao X., Liu J., and Wang H., “Robust back-stepping output feedback trajectory tracking for quadrotors via extended state observer and sigmoid tracking differentiator”, Mechanical Systems and Signal Processing, 104: 631-647, (2018).
  • [9] Cabecinhas D, Cunha R., and Silvestre C. “A trajectory tracking control law for a quadrotor with slung load”, Automatica, 106: 384-389, (2019).
  • [10] Ryll M., Bulthoff H. H., and Giordano P. R., “A Novel Overactuated Quadrotor UAV: Modeling, Control and Experimental Validation”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 23(2): 540-556, (2015).
  • [11] T. P. Shenoy, K. Praveen Shenoy, L. Khan, S. Aziz, S. Afran, and K. Kumar, “Design and development of a novel triphibian quadcopter,” International Journal of Engineering & Technology, 7(2.21): 1-4, (2018).
  • [12] Oosedo A., Konno A., Matsumoto T., Go K., Masuko K., and Uchiyama M., “Design and attitude control of a quadrotor tail-sitter vertical takeoff and unmanned aerial vehicle”, Advanced Robotics, 26(3-4): 307-326, (2012).
  • [13] Nandakumar G., Srinivasan A., and Thondiyath A., “Theoretical and Experimental Investigations on the Effect of Overlap and Offset on the Design of a Novel Quadrotor Configuration, VOOPS”, Journal of Intelligent & Robotic Systems, 92(3-4): 615-628, (2018).
  • [14] Badr S., Mehrez O., and Kabeel A. E., “A novel modification for a quadrotor design”, International Conference on Unmanned Aircraft Systems, Dallas, 702–710, (2016).
  • [15] Leishman, J. G., “Principles of helicopter aerodynamics”, Cambridge Aerospace Series, Cambridge University Press, (2016).
  • [16] Ercan Y., “İleri dinamik”, ISBN: 978-605-030-981-2, (2014).
APA bayraktar ö, Guldas A (2020). Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. , 1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
Chicago bayraktar ömer,Guldas Abdulmecit Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. (2020): 1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
MLA bayraktar ömer,Guldas Abdulmecit Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. , 2020, ss.1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
AMA bayraktar ö,Guldas A Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. . 2020; 1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
Vancouver bayraktar ö,Guldas A Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. . 2020; 1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
IEEE bayraktar ö,Guldas A "Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu." , ss.1197 - 1204, 2020. 10.2339/politeknik.636950
ISNAD bayraktar, ömer - Guldas, Abdulmecit. "Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu". (2020), 1197-1204. https://doi.org/10.2339/politeknik.636950
APA bayraktar ö, Guldas A (2020). Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. Politeknik Dergisi, 23(4), 1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
Chicago bayraktar ömer,Guldas Abdulmecit Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. Politeknik Dergisi 23, no.4 (2020): 1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
MLA bayraktar ömer,Guldas Abdulmecit Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. Politeknik Dergisi, vol.23, no.4, 2020, ss.1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
AMA bayraktar ö,Guldas A Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. Politeknik Dergisi. 2020; 23(4): 1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
Vancouver bayraktar ö,Guldas A Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu. Politeknik Dergisi. 2020; 23(4): 1197 - 1204. 10.2339/politeknik.636950
IEEE bayraktar ö,Guldas A "Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu." Politeknik Dergisi, 23, ss.1197 - 1204, 2020. 10.2339/politeknik.636950
ISNAD bayraktar, ömer - Guldas, Abdulmecit. "Quadrotor itme ve tork katsayılarının optimizasyonu ve Matlab/Simulink ile simülasyonu". Politeknik Dergisi 23/4 (2020), 1197-1204. https://doi.org/10.2339/politeknik.636950
Sayfa Oluşturulma Tarihi
07-05-2024 12:48

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları