Comparison of Flight Performances of Unmanned Air Vehicle with Six Rotors and Eight Rotors Under Different Disturbance Effects

Abstract

In this study, six-rotors and eight-rotors unmanned aerial vehicles have been compared
under disruptive effect. To determine the effect of the difference of rotor number on the flight performance,
the same controller was used in both types of vehicles. Proportional-Integral-Derivative control method,
which is one of the traditional control methods, was used and control parameters were determined by
observational study. A comparison of these two air vehicles was made by taking into account the errors
trajectory tracking for three axes. The comparison results are presented numerically. According to the
results, it was observed that the UAV with eight rotors allowed a more stable flight as the disturbance
effect increased compared to the UAV with six rotors. 

Keywords

• multi-rotors unmanned air vehicle
• Mathematical model
• Simulation
• Trajectory tracking

ALTI ROTORLU VE SEKİZ ROTORLU İNSANSIZ HAVA ARAÇLARININ FARKLI BOZUCU ETKİ ALTINDA UÇUŞ PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Öz

Bu çalışmada, altı rotorlu ve sekiz rotorlu iki tip insansız hava aracın (İHA) bozucu etki altında
performanslarının karşılaştırılması için benzetim gerçekleştirilmiştir. Rotor sayısının farklılığının uçuş
performansına etkisinin belirlenmesi esasına dayanan bu çalışmada her iki tip araç için aynı kontrolcü
kullanılmıştır. Geleneksel kontrol yöntemlerinden olan Oransal-İntegral-Türevsel (PID) kontrol yöntemi
kullanılan bu çalışmada kontrol parametreleri gözleme dayalı çalışmayla belirlenmiştir. Takip edilmesi
beklenen bir yörünge için oluşan hatalar dikkate alınarak bu iki hava aracının performanslarının
karşılaştırması gerçekleştirilmiştir. Karşılaştırma sonuçları sayısal olarak sunulmuştur. Elde edilen
sonuçlara göre, sekiz rotorlu hava aracının altı rotorlu olana göre bozucu etki arttıkça daha kararlı bir uçuş
sergilediği gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Çok rotorlu insansız hava aracı
• Matematiksel model
• Benzetim
• Yörünge Takibi

References

1. Akgül, M., Yurtseven, H., Demir, M., Akay, A. E., Gülci, S., & Öztürk, T., 2016, “İnsansız Hava Araçları ile Yüksek Hassasiyette Sayısal Yükseklik Modeli Üretimi Ve Ormancılıkta Kullanım Olanakları”, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 66(1), ss.104–118.
2. Antonelli, G., Cataldi, E., Arrichiello, F., Robuffo Giordano, P., Chiaverini, S., & Franchi, A., 2018, “Adaptive Trajectory Tracking for Quadrotor MAVs in Presence of Parameter Uncertainties and External Disturbances”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 26(1), ss. 248–254.
3. Aykut, N. O., 2019, “İnsansız Hava Araçlarının Kıyı Çizgisinin Belirlenmesinde Kullanılabilirliğinin Araştırılması”, Geomatik, 4(2), ss. 141–146.
4. Badr, S., Mehrez, O., & Kabeel, A. E., 2019, “A design modification for a quadrotor UAV: modeling, control and implementation”. Advanced Robotics, 33(1), ss. 13–32.
5. Bangura, M., & Mahony, R., 2017, “Thrust Control for Multirotor Aerial Vehicles”, IEEE Transactions on Robotics, 33(2), ss. 390–405.
6. Brito, V., Brito, A., Palma, L. B., & Gil, P., 2018, “Quadcopter Control Approaches and Performance Analysis”, In Proceedings of the 15th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (Vol. 1, pp. 86–93). SCITEPRESS - Science and Technology Publications.
7. Chamseddine, A., Theilliol, D., Sadeghzadeh, I., Zhang, Y., & Weber, P., 2014, “Optimal reliability design for over-actuated systems based on the MIT rule: Application to an octocopter helicopter testbed”, Reliability Engineering and System Safety, 132, ss. 196–206.
8. Criado, R. M., & Rubio, F. R., 2015, “Autonomous path tracking control design for a comercial quadcopter”, IFAC-PapersOnLine, 28(9), ss. 73–78.

9. Değirmen, S., Çavdur, F., & Sebatlı, A., 2018, “Afet OperasyonlarYöneti̇mi̇ndeİnsansiz Hava Araçlarinin Kullanimi: Gözetleme Operasyonlarİçi̇n Rota Planlama”, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 23(4), ss. 11–26.
10. Eliker, K., Zhang, G., Grouni, S., & Zhang, W., 2018, “An Optimization Problem for Quadcopter Reference Flight Trajectory Generation”, Journal of Advanced Transportation, 2018, ss. 1–15.
11. Hu, D., Wang, H., & Zhu, Q., 2016, “Emergency Control of AR Drone Quadrotor UAV Suffering a Total Loss of One Rotor”, IEEE Photonics Journal, 8(2), ss. 1–8.
12. Lin, C. E., & Supsukbaworn, T., 2017, “Development of Dual Power Multirotor System”, International Journal of Aerospace Engineering, 2017, ss. 1–19.
13. López-Estrada, F. R., Ponsart, J.-C., Theilliol, D., Zhang, Y., & Astorga-Zaragoza, C.-M., 2016, “LPV Model- Based Tracking Control and Robust Sensor Fault Diagnosis for a Quadrotor UAV”, Journal of Intelligent & Robotic Systems, 84(1–4), ss. 163–177.
14. Moussid, M., Idalene, A., Sayouti, A., & Medromi, H., 2015, “Autonomous HexaRotor Arial Dynamic Modeling and a Review of Control Algorithms”, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), ss. 1197–1204.
15. Mueller, M. W., & D’Andrea, R., 2014, “Stability and control of a quadrocopter despite the complete loss of one, two, or three propellers”, Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation, ss. 45–52.
16. Muliadi, J., & Kusumoputro, B., 2018, “Neural Network Control System of UAV Altitude Dynamics and Its Comparison with the PID Control System”, Journal of Advanced Transportation, 2018(D), ss. 1–18.
17. Nguyen, N. P., & Hong, S. K., 2018, “Fault-tolerant Control of Quadcopter UAVs Using Robust Adaptive Sliding Mode Approach”, Energies, 12(1), ss. 1-15.
18. Niemiec, R., & Gandhi, F., 2017, “Multirotor Controls, Trim, and Autonomous Flight Dynamics of Plusand Cross-Quadcopters”, Journal of Aircraft, 54(5), ss. 1910–1920.
19. Russell, C., Jung, J., Willink, G., & Glasner, B., 2016, “Wind Tunnel and Hover Performance Test Results for Multicopter UAS Vehicles”, In Proceedings of the AHS International 72nd Annual Forum, ss. 3448–3467.
20. Solovyev Viktor, V., Finaev Valery, I., Zargaryan Yuri, A., Shapovalov Igor, O., & Beloglazov Denis, A., 2006, “Simuation of wind effect on quadrotor flight”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10(4), ss. 1535-1538.
21. Yılmaz, H. M., Mutluoğlu, Ö., Ulvi, A., Yaman, A., & Bilgilioğlu, S. S., 2018, “İnsansız Hava Aracı ile Ortofoto Üretimi ve Aksaray Üniversitesi Kampüsü Örneği”, Geomatik, 3(2), ss. 129–136.
22. Zabunov, S., & Mardirossian, G., 2018, “Innovative Dodecacopter Design – Bulgarian Knight”, International Journal of Aviation, Aeronautics, and Aerospace, 5(4), ss. 1-16.