Bu tez, iki temel sorunun cevabınıvermektedir. ˙Ilk soru ¸sudur: UAV ve dronelar
için uygun bir yörünge nasıl daha hızlıve verimli bir ¸sekilde tasarlanır? Ve ikincisi:
Tasarlanan yörüngeyi minimum hesaplama çabasıve maksimum hassasiyetle nasıl
takip edeblirim?
˙Ilk soruya bir cevap vermek için, uçu¸s ortamında (way points) bir dizi koordinatın
interpolasyonu önerilmektedir. Way points, uçu¸s ortamının uygun bölgelerine
konumlandırıldı˘gından dolayı, way pointlerde interpolasyon yapan herhangi bir
çizgi veya e˘gri, bize geometrik olarak uygulanabilirli˘gi garanti edilen bir yörünge
sa˘glar. Operatörün seçimine ba˘glıolarak, bu way pointler manuel veya otomatik
olarak tanımlanabilir. ˙Ikinci durumda, Rapidly-exploring Random Trees önerilen bir
algoritmadır. Way pointsin interpolasyonu için matematiksel araç basis spline'dır. Bu
araç, belirli sayıda süreklilik ile birbirine ba˘glıaynısipari¸se ait bir dizi birle¸stirilmi¸s
polinom sa˘glar ve basis splinelar parametrik bir araç oldu˘gundan, zamanla kolayca
ili¸skilidir.
˙Ikinci soruya cevap vermek için kontrol sistemlerinin farksal monotonlu˘gunun
kullanılmasıönerilmektedir. ˙Ilk olarak, droneların ve sabit kanatlıUAV'lerin
dinami˘ginin farksal monoton oldu˘gu gösterilmi¸stir. Daha sonra, position vector
olarak düz outputu seçerek, sistemlerin tüm inputlarınıve durumlarınıyörüngeye
ba˘glayabildi˘gimizi gösterilmi¸stir. Yörünge, bir basis spline e˘grisi oldu˘gundan,
her input ve dinamik parametre, basis spline'ın kontrol noktalarına ba˘glıdır. Bu
nedenle, basis spline'ın control pointleri üzerinde sequential quadratic programming
yapılırken, inputlar dahil olmak üzere herhangi bir dinamik parametre üzerinde
e¸sitsizlik kısıtlamalarıtanımlayabiliriz. ˙Ilk ve son durum, optimizasyon probleminde
e¸sitlik kısıtlamasıtanımlanarak da kar¸sılanabilir.
Way points yörüngenin olu¸sumunda çok kritik bir rol oynar. çevrenin geometrik olarak
uygun bölgelerine yerle¸stirilirler ve ortamdaki bazıengeller dinamik ise, bu bölgeler
de sürekli de˘gi¸sir. Bu sebeple, yeni pozisyonuna ba˘glıolarak, bir engel her hareket
etti˘ginde, yeni bir dizi yol puanı(Wnew) izlemeliyiz. Wnew'e dayanan tüm yörüngenin
rejenerasyonu cevap de˘gildir. Tüm yörüngenin rejenerasyonu ile, durumların dizisinde
bir süreksizlik olacaktır ve araç için bu süreksizli˘gin gerçekle¸stirilmesi fiziksel
olarak mümkün de˘gildir. Bu sorunun cevabıB-spline'ın yerel yayılımınıkullanmaktır.
Denklem 3.2 'den elde edilen t
p bize yakla¸sık t ve herW için rendezvous sa˘glar.
|
The trajectory planning and tracking problem in aerial vehicles with the constraints
becomes highly-challenging due to the complexity of their dynamics. This paper
focuses on a real-time agile flight trajectory generation methodology through
differential flatness description. The differential flatness enables an effective
dimension reduction, therefore, enables a real-time solution to the problem. The
desired flat output is parametrized with b-spline and the control points of the splines
are obtained through a sequential quadratic programming, which maximizes proximity
of the b-spline curve to some predefined waypoints as well as smoothing at predefined
level. Thus, trajectory tracking problem is translated into an optimization problem
such that resulting optimal feasible trajectory meets all the given and dynamical
constraints. For the simulation and validation purpose, we have shown application
of this methodology to both fixed-wing and multi-rotor systems and compared their
maneuvers for a given set of waypoints. Finally, through knot and control point
insertion, real time trajectory re-planning is addressed. |