Zafer ÖZNALBANT, UĞUR ÖZDEMİR, MEHMET ŞERİF KAVSAOĞLU

2-DIMENSIONAL STRAIGHT-LINE PATH FOLLOWING AND SIMULATION OF AN UNMANNED AERIAL VEHICLE

In this paper, a two-dimensional-straight-line path following methodology for an unmanned aircraft is developed. With the developed algorithm, the unmanned aerial vehicle is made to converge to a predefined path, and then to follow a virtual target on the path. Unlike similar algorithms, the location of virtual target is defined as a function of the distance between the aircraft and path itself. By this way, according to the distance between the aircraft and path, the aircraft firstly heads directly to the path then follow it to the next point. The location of the virtual target is changed according to the magnitude of the cross track error which is the distance between the path and the aircraft itself. After defining the equations required for the calculation of the desired heading, the applied closed controller is explained. A numerical simulation model is created for the solution of equations of motion to investigate the outputs of the path following algorithm. The results of the algorithm and simulation are evaluated.

İNSANSIZ HAVA ARACININ 2 BOYUTLU ÇİZGİSEL YÖRÜNGE TAKİBİ VE SİMÜLASYONU

Bu çalışmada, insansız bir uçak için iki boyutlu çizgisel yörünge takip yöntemi geliştirilmiştir. Benzer algoritmalardan farklı olarak, sanal hedefin konumu uçak ve yörünge arasındaki mesafenin bir fonksiyonu olarak tanımlanmıştır. Bu sayede, uçak ile yörünge arasındaki mesafeye göre uçak öncelikle yörüngeye doğru yönelir ve ardından bir sonraki noktaya kadar yörüngeyi takip eder. Sanal hedef noktasının yörünge üzerindeki konumu, uçak ile yörünge arasındaki uzaklık olarak tanımlanan sapma hatasının büyüklüğüne göre değiştirilmiştir. İstenilen istikamet açısının hesaplanması için kullanılan denklemler tanımlandıktan sonra, kullanılan kapalı çevrim kontrolör kısaca tanıtılmıştır. Yörünge takibi algoritması çıktılarının incelenebilmesi için hareket denklemlerinin sayısal yöntemlerle çözüldüğü benzetim uygulaması yapılmıştır. Yörünge takip algoritması ve benzetim sonuçları değerlendirilmiştir.

PDF

___

U. Özdemir, M.Ş. Kavsaoğlu, “Simulation and Control of Fixed Wing Aircraft after a Major Component Loss,” 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 4 - 7 January 2010, Orlando, Florida

Z. Öznalbant, M.Ş. Kavsaoğlu, “Design and Flight Test Study of a VTOL UAV,” 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, 5-9 January 2015, Kissimmee, Florida

J. Roskam, Airplane Flight Dynamics and Automatic Flight Controls Part I, Kansas: Design, Analysis and Research Corporation, 2011, Chap. 4.

R. W. Beard, T. W. McLain, “Small Unmanned Aircraft: Theory and Practice,” New Jersey: Princeton Uni., sf. 276, 2012.

B. Etkin, Dynamics of Atmospheric Flight, New York: Wiley, 1972, pp. 423

R. Rysdyk, "Course and Heading Changes in Significant Wind," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 30, No. 4, pp. 1168-1171.

J. H. Blakelock, Automatic Control Aircraft and Missiles. New York: John Wiley and Sons, 2 nd ed., 1991.

Steven M. LaValle, “Planning Algorithms,” University of Illinois, sf. 732, 2006.

L. E. Dubins, “On curves of minimal length with a constraint on average curvature and with prescribed initial and terminal positions and tangents,” American Journal of Mathematics, Vol. 79, No. 3, pp. 497–516, 1957.

D. R. Nelson, D. B. Barber, T. W. McLain and R. W. Beard, "Vector Field Path Following for Miniature Air Vehicles," in IEEE Transactions on Robotics, Vol. 23, No. 3, pp. 519-529, 2007.

V. Cichella, E. Xargay, V. Dobrokhodov, I. Kaminer, A. M. Pascoal, and N. Hovakimyan, “Geometric 3D path-following control for a fixed- wing UAV on SO(3),” in Proceedings AIAA Conf. Guidance, Navigation Control, 2011, pp. 3578–3592.

P. B. Sujit, S. Saripalli and J. B. Sousa, "Unmanned Aerial Vehicle Path Following: A Survey and Analysis of Algorithms for Fixed-Wing Unmanned Aerial Vehicless," in IEEE Control Systems, Vol. 34, No. 1, pp. 42-59, 2014.