MUSTAFA ALBAYRAK, Aydemir ARISOY

Dört rotorlu hava aracı için gerçek zamanda yapay sinir ağları ile kontrolör tasarımı

Bu çalışmada, Yapay Sinir Ağları (YSA ) yöntemi ile olduğu yerden kalkış-iniş yapabilen dört rotorlu hava aracı(quadrotor)için oryantasyon kontrolunu amaçlayan kontrolör tasarımı ve gerçek zamanlı quadrotor oryantasyon kontrol deney düzeneği ortamında gerçeklenmesi ele alınmıştır. YSA yönteminin özünde olan öğrenme yeteneğinden faydalanılarak daha geniş bir çalışma uzayında dayanıklı(robust) kontrolör yapısı elde edilmeye çalışılmıştır. Quadrotor, ayrışamayan doğrusal olmayan dinamiklere sahip ve yüksek doğrusal olmayan matematiksel modeli ile son yıllarda ilgi çekici bir sistem olarak kontrol mühendisliği alanında kontrol edilmeye çalışılan sistem olarak görülmektedir. Yüksek doğrusal olmayan yapıya sahip bu dinamik sistem için tasarlanan YSA kontrolörün performansı klasik PID kontrolörü ile karşılaştırılmıştır. Ele alınan sistemler için tasarlanan kontrolörlerin performans değerlendirmesi kurulan gerçek zamanlı deney düzeneği kullanılarak yapılmıştır. Tasarlanan kontrolörlerin performans değerlendirmesi yunuslama, yalpa ve sapma eksenlerinde konum ve yörünge kontrolü için yapılmıştır. Tasarlanan kontrolörlerin dış bozuculara karşı dayanıklılık deneyleri üretilen darbe fonksiyonu ile değerlendirilmiştir. Tasarlanan YSA kontrolörün performansının PID kontrolör yapısına göre hem yörünge takibi hem de sistem dayanıklılığı açısından daha başarılı olduğu gösterilmiştir. Tasarım sürecinde yoğun matematiksel işlemler gerektirmeyen YSA yaklaşımının doğrusal olmayan dinamik sistemlerin kontrolü için mikroişlemci teknolojisindeki gelişmeler de göz önüne alındığındadaha yaygın biçimde kontrol sistemleri içinde yer alacağı değerlendirilmektedir.

Neural network controller design for quadrotor in real time

In this study, a neural network assisted real-time controller has been designed for highly nonlinear quadrotor orientation control. As controlled dynamic system, a highly nonlinear quadrotor model were used in this study. The controller has been designed with neural networks for Quadrotor attitude and trajectory control, and this controller’s performance was compared against the classical PID controller’s performance. These controllers for dynamic systems performance evaluations were made with the help of real-time experimental setup. Attitude and trajectory controls have done for designed controllers performance evaluation. Neural network performance was compared against the classical PID controller which was designed in the same experimental setup. Designed controllers robustness was tested with pulse inputs. We observed that neural network assisted controller was more succesful than PID controller in more complicated nonlinear dynamic systems, both in attitude and trajectory control performance. We comment that with today’s microcontroller technology, neural networks are faster and more simple for designing controllers for highly nonlinear dynamic systems.

PDF

___

[1] Travis Dierks, S. Jagannathan, “Neural Network Control of Quadrotor UAV Formations” Missouri University of Science and Technology, Rolla
[2] Travis Dierks, S. Jagannathan, “Output Feedback Control of a Quadrotor UAV Using Neural Networks” Missouri University of Science and Technology, Rolla
[3] Yue Bai, Xun Gong, Yan Tao Tian, “Stability Control of Quadrotor Based On Explicit Model Following with Inverse Model Feedforward Method”, Jilin University, China
[4] O. Bouhali, H. Boudjjedir, “Neural Network Control with Neuro-Sliding Mode Observer Applied to Quadrotor Helicopter”, Jijel University, Algeria
[5] Mehmet Önder Efe, “Neural Network Assisted Computationally Simple PID Control of a Quadrotor UAV”, Bahcesehir University, Turkey
[6] Simone Formentin, Marco Lovera, “Flatness Based Control of a Quadrotor Helicopter via Feedforward Linearization” , Milano Politeknik, Milano
[7] Emanuel Stingu, Frank L. Lewis, “An Approximate Dynamic Programming Based Controller for an Underactuated 6DOF Quadrotor”, University of Texas, Arlington
[8] Ender Ortak, 2010, “4 Rotorlu Bir İnsansız Hava Aracı (Quadrotor) İçin Bulanık Kontrolcü Tasarımı Ve Simülasyonu “,Yıldız Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü İstanbul.
[9] Bayrakceken, M.K.; Arisoy, A.; "An Educational Setup for Nonlinear Control Systems: Enhancing the motivation and learning in a targeted curriculum by experimental practices" Control Systems, IEEE , vol.:33, issue:2, pp. 64-81, April 2013.