Bir Grup İHA’nın Yumuşak Doyum Fonksiyonları ile Sınırlandırılmış İzleme Garantili Uyarlanabilir Kazanç Tabanlı Dağıtık Formasyon Kontrolü
Öz
Bu makalede, bir grup İnsansız Hava Aracının (İHA) zamanla değişen üç boyutlu bir yörünge boyunca kare formasyonda yörünge takibini gerçekleştirmesini sağlayan Yumuşak Doyum Fonksiyonu tabanlı Uyarlanabilir Dağıtık Formasyon (YDF-ADF) kontrol algoritması önerilmektedir. İlk olarak, dört rotorlu bir İHA’nın dinamik modeli ele alınmış ardından, İHA’ların ikinci mertebeden sistem modeli dikkate alınarak YDF-ADF kontrol algoritması tasarlanmıştır. Tasarlanan formasyon kontrol yaklaşımı dağıtık (distributed) bir yapıya sahip olup, İHA’lar arasında çift yönlü graf tabanlı karşılıklı bilgi paylaşımı yapıldığı varsayılmıştır. Geliştirilen adaptasyon kuralı, sürüde oluşan formasyon hata normunu esas alarak adaptif parametrelerin gerçek zamanlı güncellenmesini sağlamaktadır. Sistem dinamiklerinde ortaya çıkabilecek ani değişimlerin kontrol sinyaline olumsuz yansımaması ve adaptif parametre geçişlerinin daha kararlı ilerlemesi amacıyla, adaptasyon mekanizmasındaki parametre güncellemeleri yumuşak bir doyum (soft saturation) fonksiyonu ile ölçeklendirilmiştir. Ayrıca, önerilen YDF-ADF kontrol algoritmasının kararlılığı Lyapunov yöntemine dayalı olarak teorik olarak ispatlanmıştır. Dört adet İHA kullanılarak gerçekleştirilen simülasyon sonuçları heliks yörünge takibi sırasında İHA'ların ortalama konum hatasının 0.15 m'nin altında olduğunu, kare formasyon için de formasyon hatasının yaklaşık 0.1 m'de kaldığını göstermektedir. Dahası, yumuşak doygunluk mekanizmasının entegrasyonu sayesinde, adaptif kazanç parametresi %25 daha düşük maksimum türev davranışı sergileyerek kontrol girişindeki ani değişimleri etkili bir şekilde bastırdığı gözlemlenmiştir.
Anahtar Kelimeler
Uyarlanabilir Kazanç Tasarımı, Dağıtık Kontrol, Formasyon Kontrolü, Yörünge Takibi, İnsansız Hava Aracı
Kaynakça
- Bernstein, D.S., (2009). Matrix mathematics: Theory, facts, and formulas. Princeton, NJ: Princeton University Press.
- Başçi, A., Can, K., Orman, K., and Derdiyok, A., (2017). Trajectory Tracking Control of a Four Rotor Unmanned Aerial Vehicle Based on Continuous Sliding Mode Controller. ELEKTRONIKA IR ELEKTROTECHNIKA , 23(3), 12-19. DOI: 10.5755/j01.eie.23.3.18325
- Can, K., (2023). İnsansız hava araçlarının formasyon kontrolü için yeni bir adaptif gürbüz kontrolcü tasarımı, Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
- Can, K., and Başçi, A., (2023). Robust Consensus-based Formation Control of a Group of UAV. ELEKTRONIKA IR ELEKTROTECHNIKA , 29(4), 4-10. DOI: 10.5755/j02.eie.34306
- Can, K., and Başçi, A., (2022). Bir Grup İnsansız Hava Aracının Zamanla Değişen Yörünge Boyunca Konsensus Tabanlı Sürü Kontrolü. Fırat Üniversitesi Uzay ve Savunma Teknolojileri Dergisi, 1(1), 441-448.
- Can, K., and Başçi, A., (2022, September). Swarm Control of a Group of Unmanned Aerial Vehicle Under Fixed Consensus Topology. International Symposium on Aircraft Technology, MRO and Operations ISATECH’22, (pp. 1-8), Belgrade, Serbia.
- Can, K., and Başçi, A., (2022, June). Time-Varying Consensus Formation Control of a Group of Quadrotor System with Collision Avoidance. International Symposium on Unmanned Systems and the Defence Industry 2022 (ISUDEF), (pp. 1-5), Madrid, SPAIN.
- Can, K., (2017). Dört rotorlu bir insansız hava aracının kayan kipli kontrolcü ile yörünge takibinin gerçekleştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
- Can, K., and Başçi, A., (2016). Dört Rotorlu bir İHA’nın Geri Adımlamalı Kontrolcü ile Gerçek Zamanlı Yörünge Kontrolü. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 6(3), 77-85. DOI: 10.21597/jist.2016321842
- Imran, I. H., Kurtulus, D. F., Memon, A. M., Goli, S., Kouser, T. and Alhems, L. M., (2024). Distributed Robust Formation Control of Heterogeneous Multi-UAVs With Disturbance Rejection. IEEE Access, 12, 55326-55341. doi: 10.1109/ACCESS.2024.3390183.
kapsamında lisanslanmıştır.