ENSURING STABILITY OF A QUADROTOR FOR PROPELLER FAILURE
Files
Date
2022-01-14
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
In this thesis, a novel solution is presented for a fixed-wing quad-rotor to maintain
its position in 3D space, despite losing one or two–opposite– propellers by sacrific ing the yaw motion. According to the proposed solution, quad-rotor spins about a
primary axis, fixed with respect to the vehicle and changes this axis for translational
movement. A multi-loop cascaded control law is used in order to stabilize the attitude
and the position of the quad-rotor for propeller failures.
First, equilibrium solutions for motor failure scenarios are calculated. Then, a reduced
attitude controller and position controller is designed around the linearized system for
a reference and a custom quadrotor. Simulations are performed on Matlab/Simulink
and Matlab/Simscape and results are compared. Lastly, CAD drawings of a custom
quadrotor is used to estimate the moment of inertia of the quadrotor and results are
verified with the Bifilar Pendulum Experiment. The results show that quadrotor sta bility has been achieved for propeller failure.
Description
PERVANE ARIZASI DURUMUNDA KUADROTOR’UN STABİLİTESİNİ SAĞLAMAK
ÖZ: Bu tezde, sabit kanatlı bir kuadrotorun, yalpalama hareketinden feragat ederek bir veya iki zıt pervanesini kaybetmesine rağmen 3 boyutlu uzayda konumunu koruması için bir çözüm sunulmaktadır. Bu kontrol stratejisinde, kuadrotor, araca göre sabitlenmiş¸ bir birincil eksen etrafında döner ve bu ekseni öteleme hareketi gerçekleştirmek için değiştirir. Bir pervane veya iki karşıt pervane kaybetmesine rağmen kuadrotorun tutumunu ve konumunu stabilize etmek için çok döngülü bir kademeli kontrol kanunu geliştirilmiştir. İlk olarak, motor arıza senaryoları icin denge çözümleri hesaplanır. Daha sonra, bir referans ve bir özel kuadrotor için doğrusallaştırılmış¸ sistem etrafında bir azaltılmış durum denetleyicisi ve konum denetleyicisi tasarlanır. Matlab/Simulink ve Matlab/Simscape üzerinde simülasyonlar yapılarak sonuçlar karşılaştırılır. Son olarak, özel yapım bir kuadrotorun CAD çizimleri, kuadrotorun eylemsizlik momentini hesaplamak için kullanılır ve sonuçlar Çift Telli Pendulum deneyi ile doğrulanır. Sonuçlar, kuadrotorun pervane arızası durumunda stabiliteye ulaştığını göstermektedir.
ÖZ: Bu tezde, sabit kanatlı bir kuadrotorun, yalpalama hareketinden feragat ederek bir veya iki zıt pervanesini kaybetmesine rağmen 3 boyutlu uzayda konumunu koruması için bir çözüm sunulmaktadır. Bu kontrol stratejisinde, kuadrotor, araca göre sabitlenmiş¸ bir birincil eksen etrafında döner ve bu ekseni öteleme hareketi gerçekleştirmek için değiştirir. Bir pervane veya iki karşıt pervane kaybetmesine rağmen kuadrotorun tutumunu ve konumunu stabilize etmek için çok döngülü bir kademeli kontrol kanunu geliştirilmiştir. İlk olarak, motor arıza senaryoları icin denge çözümleri hesaplanır. Daha sonra, bir referans ve bir özel kuadrotor için doğrusallaştırılmış¸ sistem etrafında bir azaltılmış durum denetleyicisi ve konum denetleyicisi tasarlanır. Matlab/Simulink ve Matlab/Simscape üzerinde simülasyonlar yapılarak sonuçlar karşılaştırılır. Son olarak, özel yapım bir kuadrotorun CAD çizimleri, kuadrotorun eylemsizlik momentini hesaplamak için kullanılır ve sonuçlar Çift Telli Pendulum deneyi ile doğrulanır. Sonuçlar, kuadrotorun pervane arızası durumunda stabiliteye ulaştığını göstermektedir.
Keywords
mechatronics engineering