Bi̇ti̇rme eski

UÇUŞ KONTROL BİRİMİNDE MİLLİ

YAZILIMIN GELİŞTİRİLMESİQUADCOPTER UYGULAMASI

PROF. DR. METİN GÖKAŞAN ABDULBAKİ AYBAKANREŞİT DEMİRKIRAN

16.01.2017

İÇİNDEKİLER

• QUADCOPTER TANITIMI• PARROT AR.DRONE 2.0 İNCELENMESİ• KULLANILACAK MİKROCONTROLÖR TANITILMASI• UYGULAMA ÇALIŞMALARI

QUADCOPTER

QUADCOPTER, DÖRT MOTOR TARAFINDAN KONTROL EDİLEN İNSANSIZ HAVA ARACIDIR. DİĞER HAVA ARAÇLARINA GÖRE ANİ İVMELENMEYE OLDUKÇA MÜSAİT OLMASI TERCİH SEBEPLERİNDENDİR. • ARAMA KURTARMA• SOSYAL• FİLM• GÜVENLİK, TAKİP GÖZLEM• ROBOT TEKNOLOJİSİ• ASKERİ ALANLAR

QUADCOPTERİN TASARLANMASI

• MEKANİK• ELEKTRİK• UÇUŞ KONTROLÜ• FIRÇASIZ MOTORLAR• ESC• Lİ-PO PİLLER

MEKANİK

• FRAME• PERVANELER• ELEKTRİK MOTORLARI

ELEKTRİK

• ELEKTRİK HIZ KONTROL MODÜLÜ• KONTROL KARTI • BATARYA

UÇUŞ KONTROLÜ

• HER ROTOR DÖNME MERKEZİ ETRAFINDA HEM BİR İTME KUVVETİ HEM DE TORK ÜRETİR.

FIRÇASIZ MOTORLAR

FIRÇASIZ MOTORLAR GELİŞEN TEKNOLOJİYLE BERABER BİRÇOK ALANDA KULLANILMAKTA OLUP, ROBOTİK ALANDA DA KULLANILMAYA BAŞLANMIŞTIR. • RADYO KONTROLLÜ PROJELERDE SIKLIKLA KULLANILMAKTADIRLAR. • BU ALANDA KULLANILMALARININ ANA SEBEPLERİNDEN BİRİ DİĞER

MOTORLARA GÖRE YÜKSEK PERFORMANS SERGİLEMELERİDİR

FIRÇASIZ MOTORLAR

FIRÇASIZ MOTORLARIN DIĞER MOTORLARA GÖRE ;• DAHA SESSİZ ÇALIŞMA, • ELEKTRİKSEL GÜRÜLTÜ OLUŞTURMAMA, • DAHA KOLAY BAKIM • DAHA UZUN ÖMÜR • DAHA HIZLI ÇALIŞMA • DAHA GÜÇLÜ TORKLARA

ESC

• FIRÇASIZ MOTORLARIN, KULLANILDIKLARI ROBOTA GÖRE HIZLARININ KONTROL EDİLMESİ GEREKİR. ESC, FIRÇASIZ MOTORLARI KONTROL ETMEK İÇİN KULLANILAN DEVRE SİSTEMLERİDİR

LİTYUM-POLİMER PİLLER

• YÜKSEK AKIM • YÜKSEK KAPASİTE İHTİYACINI EN YÜKSEK VERİMDE KARŞILAYAN

PARROT AR DRONE 2.0 ÖZELLİKLERİ VE İNCELEMESİ

• AKILLI TELEFON VE TABLETLERDEN YÖNETİLEBİLMESİNİN • YÜKSEK KALİTELİ KAMERASI • ANDROİD VE IOS İŞLETİM SİSTEMLERİ İÇİN GELİŞTİRİLMİŞ

UYGULAMALARININ • YENİ UYGULAMALAR GELİŞTİRİLEBİLMESİNE • ANINDA VİDEO AKTARIMI • GÖRÜNTÜNÜN MOBİL CİHAZLARDAN İZLENEBİLMESİNİ

PARROT AR DRONE 2.0 ÖZELLİKLERİ VE İNCELEMESİ• UÇUŞ SÜRESİ 12 DK. ~ • ŞARJ SÜRESİ 90 DK. • MAKSİMUM UÇUŞ HIZI 5 M/SN. • UÇUŞ MENZİLİ 50 M • BATARYA TİPİ 11.1V LİPO • KUMANDA AKILLI TELEFON VEYA TABLET • KAMERA 1280×720 HD • KULLANIM TİPİ ORTA SEVİYE • FİYAT ARALIĞI 1.000 – 1.500 TL • ARTILAR: KAMERA KALİTESİ KOLAY KULLANIM • EKSİLER: UÇUŞ SÜRESİ UÇUŞ MENZİLİ

PARROT AR DRONE 2.0 ÖZELLİKLERİ VE İNCELEMESİ

KAMERA İNCELEMESİ• 720P KALITESINDEKI IKI ADET KAMERASIYLA• 92 DERECELİK GENİŞ AÇI LENS • TİTREŞİM ÖNLEYİCİ • YÜKSEK KALİTELİ VİDEOLAR VE FOTOĞRAFLAR • MİKROFON BULUNMAMASI

PARROT AR DRONE 2.0 ÖZELLİKLERİ VE İNCELEMESİ

UÇUŞ İNCELEMESİ• HAVADA SABİT DURMA KONUSUNDA OLDUKÇA BAŞARILI• MOBİL UYGULAMASINDAKİ BUTON İLE TEK TUŞLA İNİŞ VE KALKIŞ• ACİL DURUMLAR İÇİN OLAN TUŞ İLE ACİL İNİŞ YAPABİLİYOR.BİR BAŞKA ÖZELLİĞİN İSE EKRANA ÇİFT TIKLAMA İLE YAPILAN TAKLA ATMA ÖZELLİĞİDİR

MİKROKONTROLÖR

GÖMÜLÜ SİSTEMLERİN BİR ALT DALI OLAN MİKROKONTROLÖR TABANLI SİSTEMLER ÖNCELİKLE ÇOK GENİŞ KULLANIM ALANINA SAHİPTİR.• KONTROL MÜHENDİSLİĞİ• ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ• BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ• TELEKOMÜNİKASYON MÜHENDİSLİĞİ

MİKROKONTROLÖR

UYGULAMALARDA MİKRODENETLEYİCİLER ;• C DİLİ• ASSEMBLY DİLİ • BASİC DİLİ • DAHA BİRÇOK DİL İLE PROGRAMLANMAKTADIR.

MİKROKONTROLÖR

• EN YAYGIN KULLANILAN PROGRAMLAMA DILI • YAPISAL PROGRAMLAMAYA UYGUN OLMASI • AKIŞ DENETİMLERİNİ DAHA KOLAY VE ETKİN SAĞLAYABİLMESİ

YİNE OKULUMUZDA MİKROKONTROLÖRLER İLE HAZIRLANAN KONTROL SİSTEMLERİNDE AĞIRLIKLI OLARAK C DİLİNİN KULLANILMASI, C DİLİ KULLANMAK İSTEMEMİZİN NEDENLERİ ARASINDADIR.

STM32F4 MİKROKONTROLÖRÜ

• STM32F4 DİSCOVERY VE TÜREVLERİ BİR GELİŞTİRME KARTIDIR.• MİKRODENETLEYİCİSİ C DİLİ İLE PROGRAMLANMAKTADIR.• ARM CORTEX M4 TABANLI 168MHZ 1. HEM STANDART HEM DE DSP FONKSİYONLARINI 2. FPU (ONDALIK SAYILARIN HESAPLANMASI İÇİN AYRILMIŞ BİR BÖLÜMDÜR )

BULUNUYOR.

STM32F4 DİSCOVERY DONANIMI

• 1 MB FLASH VE 192 KB RAM • USB VEYA HARİCİ KAYNAKTAN DOĞRUDAN 5V İLE ÇALIŞABİLME • 3 V VE 5 V LUK ÇIKIŞ PİNLERİ • 3-EKSEN DİJİTAL İVMEÖLÇER (LIS302DL) • OMNİ-DİRECTİONAL MİKROFON • SEKİZ ADET LED • BİR ADET RESET VE BİR ADET KULLANICI TANIMLI BUTON • 100 PİN’İN TAMAMINI KULLANABİLMEYE İMKÂN TANIYAN ÇIKIŞLAR.

KEİL İLE YAZILIM GELİŞTİRME

• KEİL CORTEX-M VE CORTEX-R TABANLI MİKROİŞLEMCİ CİHAZLAR İÇİN BİR YAZILIM GELİŞTİRME ORTAMIDIR. MDK UVİSİON IDE / DEBUGGER, ARM C / C++ DERLEYİCİSİ VE TEMEL KATMAN BİLEŞENLERİ İÇERİR.

STMCUBEMX

ST STUDİO

UYGULAMA ÇALIŞMALARI • İKİ ROTORLU SİSTEMLER AKADEMİDE VE ENDÜSTRİDE, ÖZELLİKLE DE

SAVUNMA SANAYİİNDE ÜZERİNDE YOĞUN OLARAK ÇALIŞILAN BİR KONUDUR. BU TARZ SİSTEMLER MODELLENEMEYEN DİNAMİKLER İÇERDİĞİNDEN MODELLENMESİ VE KONTROL EDİLMESİ ZOR SİSTEMLERDİR. BU ÇALIŞMADA BU SİSTEMLERİN DAHA BASİT BİR HALİ OLAN PERVANE – ÇUBUK SİSTEMİ ÜRETİLMİŞTİR.

• DEVRENİN TASARIMINDA SİSTEMDE AÇI GERİBESLEMESİNİN POTANSİYOMETRE İLE ANALOG OLARAK OKUNMASI, HEDEF BİLGİSAYAR VE İKİ ADET MOTOR İÇİN DARBE GENİŞLİK MODÜLASYONU (DGM) ÜRETİLMESİ GEREKTİĞİNDEN KULLANILACAK MİKROKONTROLÖR STM32F0 OLARAK SEÇİLDİ VE MOTOR SÜRÜCÜ OLARAK L298 ENTEGRELERİ KULLANILDI.

UYGULAMA ÇALIŞMALARI

MOTOR SÜRÜCÜ MODÜLÜ ANA KONTROL MODÜLÜNDEN GELEN KONTROL İŞARETİNİ MOTORLARA UYGULAR. L298N• MOTORLARA UYGUN MOTOR SÜRÜCÜ• 2 MOTOR SÜREBİLME• 2 A KADAR DESTEK

SİSTEMİN DİNAMİK DENKLEMLERİNİN ÇIKARILMASI

Burada , çubuğun ortasından motora olan uzaklık; ve pervanenin ürettiği 𝒍 𝑭𝟏 𝑭𝟐dikey kuvvet; çubuk ve motorların mil üzerindeki eylemsizliği; ise çubuk ve 𝑱 𝑩mil arasındaki viskoz sürtünmedir.

SİSTEMİN DİNAMİK DENKLEMLERİNİN ÇIKARILMASI

PERVANELERİN ÇUBUK ÜZERİNDE OLUŞTURDUĞU KUVVET PERVANENİN AÇISAL HIZININ KARESİYLE DOĞRU ORANTILIDIR. DOLAYISIYLA:  

BURADA VE PERVANELERİN ÇUBUK ÜZERİNDE YARATTIĞI KUVVET, VE MOTORUN VE DOLAYISIYLA PERVANELERİN DÖNÜŞ HIZI, İSE İTKİ KATSAYISIDIR.

SİSTEMİN DİNAMİK DENKLEMLERİNİN ÇIKARILMASI BENZER ŞEKİLDE MOTORDAKİ YÜK TORKU DA PERVANENİN AÇISAL HIZININ KARESİYLE DOĞRU ORANTILIDIR. 

BURADA VE MOTORDAKİ YÜK TORKU, İSE SÜRÜKLENME KATSAYISIDIR.

SİSTEMİN DİNAMİK DENKLEMLERİNİN ÇIKARILMASI MOTORUN MODELLENMESİ İÇİN AŞAĞIDAKİ EŞİTLİKLERDEN YARARLANILMIŞTIR. 

BURADA MOTORA UYGULANAN GERİLİM, MOTORUN ÜZERİNDEN AKAN AKIM, MOTORUN DİRENCİ, MOTORUN ENDÜKTANSI, TERS ELEKTROMOTOR KUVVET (EMK) KATSAYISI, İSE MOTORUN DÖNÜŞ HIZIDIR.

SİSTEMİN DİNAMİK DENKLEMLERİNİN ÇIKARILMASI ELEKTRİKSEL GÜÇ İLE MEKANİK GÜÇ BİRBİRİNE EŞİT OLACAĞINDAN:

OLACAĞI AÇIKÇA GÖRÜLÜR.

SİSTEMİN DİNAMİK DENKLEMLERİNİN ÇIKARILMASI

MOTORUN OLUŞTURDUĞU TORK

ŞEKLİNDEDİR. BURADA TORK KATSAYISI, MOTORUN EYMESİZLİĞİ, MOTORUN VİSKOZ SÜRTÜNMESİ, MOTORUN DÖNÜŞ AÇISIDIR

SİSTEMİN DİNAMİK DENKLEMLERİNİN ÇIKARILMASI YALNIZCA ÇIKIŞ ÖLÇÜLEBİLDİĞİNDEN ÇOK SAYIDA PARAMETRENİN KESTİRİLMESİ ZORLUK ÇIKARMAKTADIR. BU NEDENLE AŞAĞIDAKİ VARSAYIMLAR VE BASİTLEŞTİRMELER YAPILMIŞTIR. • MOTORUN ZAMAN SABİTİ SİSTEMİN ZAMAN SABİTİNDEN ÇOK DAHA

KÜÇÜK OLDUĞUNDAN VE İHMAL EDİLMİŞTİR. • MOTORUN ENDÜKTANSI ÇOK KÜÇÜK OLDUĞUNDAN İHMAL EDİLMİŞTİR. • BELİRLİ AÇISAL HIZ ARALIKLARINDA MOTORUN GERİLİMİ İLE DÖNÜŞ

HIZININ DOĞRUSAL OLARAK DEĞİŞTİĞİ VARSAYILMIŞTIR. BU ASLINDA MOTORA PERVANELERDEN UYGULANAN YÜKÜN DE AÇISAL HIZ İLE DOĞRUSAL OLARAK DEĞİŞTİĞİNİN VARSAYILMASIYLA EŞDEĞERDİR.

SİSTEMİN DİNAMİK DENKLEMLERİNİN ÇIKARILMASI

BU BASİTLEŞTİRMELERDEN SONRA SİSTEM MODELİ

ŞEKLİNE DÖNÜŞÜR. BURADA VE BİRİNCİ VE İKİNCİ MOTORA UYGULANAN GERİLİM, VE SIRASIYLA BİRİNCİ VE İKİNCİ MOTORUN GERİLİM – MOMENT KATSAYISIDIR. ÇUBUĞUN SOLA GİDİŞİNDEKİ HAREKET İLE SAĞA GİDİŞİNDEKİ HAREKET ARASINDA FARK OLDUĞU İÇİN , VE BİRBİRİNE EŞİT DEĞİLDİR VE DENEYSEL OLARAK BULUNMALARI GEREKMEKTEDİR.

SİSTEME İŞARET UYGULANMASI • %50 DGM UYGULANMASI

SİSTEME İŞARET UYGULANMASI • %60 DGM UYGULANMASI

SİSTEM TRANSFER FONKSİYONUNUN ELDE EDİLMESİ

BU DURUMDA ELDE EDİLEN SİSTEM TRANSFER FONKSİYONLARI: 

SİSTEM TRANSFER FONKSİYONUNUN ELDE EDİLMESİAYNI İŞLEMLER SAĞ MOTOR %50 VE %60‟LIK DGM‟DE ÇALIŞIP SOL MOTOR ÇALIŞMAZKEN ELDE EDİLEN VERİLERE UYGULANDIKTAN SONRA AŞAĞIDAKİ MODELLER ELDE EDİLMİŞTİR. 

SİSTEM TRANSFER FONKSİYONUNUN ELDE EDİLMESİELDE EDİLEN MODELLERDEN YOLA ÇIKILARAK DOĞRUSAL İNTERPOLASYONLA GİRİŞ CİVARINDAKİ SAĞ MOTOR VE SOL MOTOR İÇİN OLAN SİSTEM MODELLERİ; 

 ŞEKLİNDE BULUNMUŞTUR.

SİSTEM TRANSFER FONKSİYONUNUN ELDE EDİLMESİ

TÜM SİSTEMİN MODELİ;

-

ŞEKLİNDE BULUNABİLİR.AYRICA K2/K1 ORANI 0.4264 OLARAK BULUNMUŞTUR. SİSTEM MODELİNİN ELDE EDİLMESİNİN ARDINDAN KONTROLÖR TASARIMINA GEÇİLMİŞTİR.

KONTROLÖR TASARIMI VE GEÇEKLENMESİ

• SİSTEM İNTEGRAL ETKİLİ OLDUĞUNDAN PD KONTROLÖR TASARIMI YAPILMIŞTIR

PD KONTROLÖR TASARIMI KONTROLÖR TASARIMINDA MATLAP CONTROL SYSTEM TOOLBOX KULLANILMIŞTIR. PD KONTROLÖRÜN TASARIMI SİSOTOOL İLE KÖK – YER EĞRİSİ ÜZERİNDEN YAPILMIŞTIR. BİR ADET SIFIR ATANIP KP DEĞİŞTİRİLEREK SİSTEMİN BASAMAK CEVABI İSTENEN ŞEKLE GETİRİLMİŞTİR

TASARLANAN KONTROLÖRÜN KATSAYILARI KP=2.6937 VE KD=0.91 ŞEKLİNDE BULUNMUŞTUR. KONTROLÖRÜN TRANSFER FONKSİYONU AŞAĞIDAKİ DENKLEM ŞEKLİNDE ELDE EDİLMİŞTİR. 

GERÇEK ZAMANLI UYGULAMA SONUÇLARIMATLAB DE ELDE ETMİŞ OLDUĞUMUZ KONTROLÖR KATSAYILARINI DİRECT MİKROKONTROLÖR İLE UYGULANDIĞINDA AŞIM YAPTIĞI GÖRÜLMÜŞTÜR. UYGULAMA SONU AŞAĞIDAKİ GRAFİKTE BELİRTİLMİŞTİR.

GERÇEK ZAMANLI UYGULAMA SONUÇLARIPERVANE-ÇUBUK İSTEMİNİN MODELLENMESİ SONUCUNDA ELDE EDİLEN MODELLENME HATASI SİSTEMİN AŞIM YAPMASINA VE İNTEGRAL SARMASINA GİRME PROBLEMLERİ SEBEBİYLE KONTROLÖR KATSAYILARI İLE OYNANMIŞTIR. ELDE EDİLEN YENİ KONTROLÖR KATSAYILARI İLE ELDE EDİLEN BASAMAK YANITI AŞAĞIDAKİ GRAFİKTE BELİRTİLMİŞTİR.

UYGULAMA ÇALIŞMALARI

EKİPMANLAR

• STM32F0• INCREMENTAL ROTARY ENCODER(E50S8-1000-3-T-24 )• FIRÇASIZ DC MOTOR• ESC• HC06- BLUETOOTH MODÜLÜ

PID KONTROLÖR TASARIMI

•MANUAL TUNING•WIND-UP PROTECTION•LEAST OVERSHOOT •VARIABLE PID PARAMETERS

GERÇEK ZAMANLI UYGULAMA

ÇALIŞMA TAKVİMİ

ÇALIŞMA ORTAMI

SONUÇ

BU ÇALIŞMA SONUCUNDA İNSANSIZ HAVA ARACIN İSTENİLEN KONUMA SEYRÜSEFER OLMADAN UÇUŞ KONTROL BİRİMİ SAYESİNDE OPTİTRACK KAMERALAR İLE BİRLİKTE KONUM KONTROLÜ TAYİN EDİP, ARACIN TAYİN EDİLEN KONUMA OTONOM GİTMESİ HEDEFLENMEKTEDİR. BU SAYEDE ARACIN İÇ MEKÂNLAR DA TAKİP-GÖZLEM, GÜVENLİK, ROBOT TEKNOLOJİSİ YAPILABİLECEĞİ DÜŞÜNÜLMEKTEDİR.

TEŞEKKÜRLER