PATH TRACKING CONTROL OF A QUADROTOR UAV WITH BACKSTEPPING METHOD
Journal Name:
- Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi
Key Words:
Keywords (Original Language):
| Author Name | University of Author | Faculty of Author |
|---|---|---|
Abstract (2. Language):
Quadrotor is a very popular unmanned air vehicle(UAV) which has been worked by many researchers in recent
years. Quadrotor is advantageous to classical UAVs since it can perform vertical take-off and landing(VTOL)
with high maneuverability. Thanks to VTOL ability, it can be used in rough and limited environments without the
need of long runways for take-off and landing. In addition, quadrotor has a more simpler mechanical structure
compared to other VTOL UAVs. Although it has many advantageous features, quadrotor has a highly nonlinear
and unstable dynamics. Therefore, designing autonomous control systems for quadrotor is a challenging task
and it draws attention of many researchers.
In this work, path tracking control of a quadrotor UAV is obtained by using a nonlinear control method called
backstepping. While designing the control system, attitude control is built as an inner loop and position control
is built as an outer loop to track the desired trajectory with high accuracy. First, nonlinear dynamic model of
quadrotor is obtained by using Newton's equations of motion. This nonlinear model is used in simulations as
dynamic model (plant). Then, to use in the formulation of backstepping controller, nonlinear dynamic model is
simplified by making some assumptions. By using simplified nonlinear dynamic model, backstepping controller is obtained in three steps. The controller is tested by simulations which are performed in MATLAB/Simulink
environment. Disturbance rejection properties of the controller are also tested by simulations. Simulation results
show that, desired path is tracked with high accuracy thanks to backstepping controller. Moreover, it is seen
that, backstepping controller can reject various types of strong disturbances efficiently.
Bookmark/Search this post with
Abstract (Original Language):
Dört rotorlu(quadrotor), son yıllarda bir çok araştırmacı tarafından çalışılan çok popüler bir insansız hava
aracıdır(İHA). Dört rotorlu, dikey iniş kalkış(VTOL) özelliği ve yüksek manevra kabiliyeti sayesinde klasik
insansız hava araçlarına göre bir çok avantaja sahiptir. VTOL özelliği sayesinde, özellikle engebeli ve kısıtlı
ortamlarda, uzun iniş ve kalkış pistine ihtiyaç duymadan kullanılabilmektedir. Ayrıca, dört rotorlu, VTOL
özelliği taşıyan diğer İHA'lara göre, mekanik olarak daha basit bir yapıya sahiptir. Fakat, belirtilen avantajların
yanı sıra, dört rotorlu, yüksek derecede doğrusal olmayan ve kararsız bir dinamiğe sahiptir. Bu nedenle, dört
rotorlu'nun otonom kontrolü çeşitli zorluklar içermektedir ve bir çok araştırmacının ilgisini çekmektedir.
Bu çalışmada, dört rotorlu bir insansız hava aracının, doğrusal olmayan bir kontrol metodu olan geri-adımlama
yöntemi kullanılarak, yol(yörünge) takibi kontrolü sağlanmıştır. Kontrol sistemi oluşturulurken, dört rotorlu'nun
yönelimi iç döngü olarak, pozisyonu ise dış döngü olarak kontrol edilerek, hava aracının istenilen yolu yüksek
doğrulukla takip etmesi amaçlanmıştır. İlk olarak, dört rotorlu'nun doğrusal olmayan dinamik modeli Newton
hareket denklemleri kullanılarak elde edilmiştir. Doğrusal olmayan bu model simülasyonlarda dinamik model
olarak kullanılmıştır. Daha sonrasında, doğrusal olmayan dinamik model, kontrolcü tasarımında kullanılmak
üzere, belirli varsayımlar aracılığıyla basitleştirilmiştir. Basitleştirilmiş dinamik model kullanılarak, geri
adımlamalı kontrolcü, üç aşamada elde edilmiştir. Elde edilen kontrolcü, MATLAB/Simulink ortamında
modellenmiş ve test edilmiştir. Ayrıca, kontrolcünün güçlü derecedeki bozuculara karşı dayanıklılığı da
simülasyon ortamında denenmiştir. Elde edilen simülasyon sonuçları, geri-adımlamalı kontrolcü sayesinde,
istenilen yolun yüksek doğrulukta takip edildiğini göstermiştir. Ayrıca, bozucular eklenerek yapılan
simülasyonlarda, kontrolcünün güçlü derecedeki çeşitli bozucuları etkili şekilde bastırdığı görülmüştür.
FULL TEXT (PDF):
- 2