Çok rotorlu İHA’lar için yeni bir açısal ivme kestirim yöntemi ve açısal ivme geribeslemeli kontrolcü

Abstract

İnsansız Hava Araçları (İHA’lar), askeri ve sivil uygulamalardan bilimsel araştırmalara kadar birçok alanda hızla yaygınlaşmaktadır. Özellikle çok rotorlu İHA’lar, dikey kalkış iniş kabiliyetleri ve yüksek manevra esneklikleri sayesinde haritalama, gözetleme, arama kurtarma, lojistik ve tarım gibi çeşitli sektörlerde tercih edilmektedir. Ancak, bu araçların kontrollü uçuş ve konumlandırma performansları, uçuş esnasında maruz kaldıkları bozucu kuvvet ve torklar nedeniyle olumsuz etkilenebilir. Bu kapsamda, konum veya hız geri beslemeli geleneksel kontrolcüler bazen yeterli stabilizasyon sağlamayabilir. Son dönemde ivme geri beslemeli yöntemler, özellikle yüksek frekanslı bozucuları etkili bir şekilde bastırmalarıyla öne çıkmaktadır. Açısal ve doğrusal ivme bilgilerini ölçmek veya kestirmek farklı zorluklar barındırsa da, bu yöntemlerin literatürde daha başarılı stabilizasyon sonuçları verdiği gösterilmiştir. Bu çalışmada, birden fazla düşük bütçeli İvmeölçer’den elde edilen verilerle açısal ivme kestirimi yapılması ve PDD2 kontrolcü tasarımıyla çok rotorlu İHA’larda stabilizasyon hedeflenmektedir. Elde edilen bulgular, ivme geri beslemesinin gerek klasik kontrol yöntemleriyle gerekse daha gelişmiş algoritmalarla birleştirildiğinde, İHA’ların bozucu etkilere karşı daha kararlı bir uçuş performansı sergilemesini sağladığını göstermektedir. Bu yaklaşımların, gelecekte insansız hava araçlarının daha güvenli ve verimli operasyonlar gerçekleştirebilmesine önemli katkılar sunacağı düşünülmektedir.Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have rapidly gained popularity in a wide range of fields, from military and civilian applications to scientific research. In particular, multi rotor UAVs are preferred in areas such as mapping, surveillance, search and rescue, logistics, and agriculture, thanks to their vertical take-off and landing capabilities and high maneuverability. However, the controlled flight and positioning performance of these vehicles can be adversely affected by disturbing forces and torques during operation. In this context, conventional controllers using position or velocity feedback may sometimes fail to achieve adequate stabilization. Recently, acceleration-based feedback methods have gained prominence, especially due to their ability to effectively suppress high-frequency disturbances. Although measuring or estimating angular and linear accelerations poses various challenges, literature shows that these methods lead to improved stabilization performance. In this study, we aim to achieve stabilization in multi-rotor UAVs by estimating angular accelerations from data obtained by multiple low-cost accelerometers and by employing a PDD2 controller. The findings demonstrate that acceleration feedback, whether integrated with classical control methods or more advanced algorithms, provides UAVs with a more stable flight performance against disturbance effects. It is anticipated that such approaches will offer significant contributions to safer and more efficient UAV operations in the future.