İletişimISSN:e-ISSN: 2980-0064
Yazar GirişiHakem GirişiYeni Üyelik
TürkçeEnglish
AnasayfaAmaç ve KapsamHAKKINDAYAZARLAR İÇİN REHBERMakale GönderSon SayıArşivİletişim

Octoplane İHA'nın Kayar Kipli Yöntem Kullanarak Hata Toleranslı Kontrolü

İbrahim Mızrak,Halim Alwi,Christopher Edwards

  • İbrahim Mızrak: Exeter Üniversitesi
  • Halim Alwi: Exeter Üniversitesi
  • Christopher Edwards: Exeter Üniversitesi
  •  Yıl : 2025
  •  Cilt : 4
  •  Sayı : 2
  •  Sayfa : 223-251
Bu makale, sekiz adet dikey rotora sahip sabit kanatlı bir insansız hava aracı olan octoplane İHA için Kayan Kipli (SMC) temelli bir Arıza Toleranslı Kontrol (FTC) yöntemi sunmaktadır. Önerilen yaklaşım, hem arızasız koşullarda hem de çeşitli aktüatör arıza ve hata senaryolarında etkinliğini koruyan tek bir temel (baseline) denetleyicinin tasarlanmasını gerektirir. Sekiz rotorlu hibrit bir çift sistemli İHA (dikey kalkış ve iniş kabiliyetine (VTOL) sahip sabit kanatlı bir hava aracı) olan octoplane, aktüatör fazlalığı nedeniyle hem özgün zorluklar hem de önemli fırsatlar sunmaktadır. Kontrol yapısı, octoplane İHA'nın yedekli dikey rotorları ile ilave kontrol yüzeyleri—elevatör, rudder ve bağımsız olarak çalışabilen aileronlar—aracılığıyla seyir uçuşu sırasında meydana gelebilecek tam aktüatör arızalarının üstesinden gelebilmektedir. Bu yöntem, aktüatör kayıpları durumunda kontrol sinyallerini yeniden dağıtmak amacıyla kayma kipi kontrolünün dayanıklılığını ve kontrol paylaştırma (CA) stratejisini birlikte kullanmaktadır. Octoplane'in doğrusal olmayan bir modeli üzerinde gerçekleştirilen simulasyon sonuçları, önerilen yöntemin etkinliğini göstermek üzere makalenin sonunda sunulmaktadır. Makale, Kayan Kipli Kontrol (SMC) yöntemi ve çift sistemli insansız hava araçlarına (İHA'lar), özellikle de bir octoplane İHA konfigürasyonuna dair genel bir incelemeyi içeren bir giriş bölümüyle başlamaktadır. Bu bölümde, arızaya toleranslı kontrolün (FTC) İHA kararlılığını artırmadaki önemi ve FTC tasarımında fazladan aktüatör yedeklemesi kullanımının sağladığı avantajlar vurgulanmaktadır. Devamında, octoplane İHA’nın hareket denklemleri analiz edilerek seyir (cruise) modu için FTC'nin incelenmesine temel oluşturulmaktadır. Ardından, SMC tasarım süreci tanıtılmakta ve FTC’ye uygulanışı açıklanmaktadır. Seyir modunda, önerilen SMC-CA yöntemi, arıza veya hata durumlarında dahi, arızasız senaryolarla karşılaştırıldığında herhangi bir performans düşüşü sergilememektedir. Bu yöntem, seyir uçuşu sırasında bir octoplane İHA'ya SMC-CA tekniklerinin başarılı bir şekilde entegre edildiğini ortaya koymaktadır.
Atıf yapmak için : Mızrak, İ., Alwi, H., Edwards, C. (2025). Fault Tolerant Control of an Octoplane UAV Sliding Mode Method. Aerospace Research Letters (ASREL), 4(2), 223-251.

Çıkar İlişkisi : Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etmiştir.

Bu makale CC BY-NC 4.0 lisansı ile yayımlanmıştır.
Asrel Aerospace Research Letters
2025, Cilt4, Sayı2
E-ISSN: 2980-0064
Geliş Tarihi : , Kabul Tarihi : , Yayın Tarihi :

Kaynakça

  1. Alwi, H., & Edwards, C. (2008). Fault tolerant control using sliding modes with on-line control allocation. Automatica, 44(7), 1859–1866. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2007.10.034
  2. Alwi, H., & Edwards, C. (2010). Fault Tolerant Control Using Sliding Modes with On-Line Control Allocation. In C. Edwards, T. Lombaerts, & H. Smaili (Eds.), Fault Tolerant Flight Control: A Benchmark Challenge (pp. 247–272). Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-11690-2_8
  3. Alwi, H., Edwards, C., & Tan, C. P. (2011). Fault Detection and Fault Tolerant Control Using Sliding Modes. Springer-Verlag Berlin. https://doi.org/10.1007/978-0-85729-650-4
  4. Anon. (2018). Amrita Unmanned Aerial Systems. https://ammachilabs.org/amrita-unmanned-aerial-systems/
  5. Anon. (2019). Saving Lives One Drone Delivery at a Time. https://lot.dhl.com/saving-lives-one-drone-delivery-at-a-time
  6. Anon. (2023). Wing and FinnHEMS safely share the sky. https://blog.wing.com/2023/07/wing-and-finnhems-safely-share-sky.html
  7. Beard, R. W., & Mclain, T. W. (2012). Small Unmanned Aircraft Theory and Practice. Princeton Universty Press.
  8. Bothge, L. (2022). Meet the V.MO – Volkswagen Group China unveils state-of-the-art passenger drone prototype. https://www.volkswagen-newsroom.com/en/press-releases/meet-the-vmo-volkswagen-group-china-unveils-state-of-the-art-passenger-drone-prototype-15116
  9. Cai, J., & Lovera, M. (2024). Passive Fault Tolerant Control of a Dual-System UAV in Transition Flight. ICAS PROCEEDINGS, 1–14.
  10. Dağ., T., Ünler, T., & Uyaner, M. (2023). Elektrikli İnsansız Hava Aracının Maksimum Menzil Hesabı. Aerospace Research Letters (ASREL), 2(1), 10–18.
  11. Ducard, G. J. J., & Allenspach, M. (2021). Review of designs and flight control techniques of hybrid and convertible VTOL UAVs. Aerospace Science and Technology, 118, 107035. https://doi.org/10.1016/j.ast.2021.107035
  12. Edwards, C., & Spurgeon, S. (1998). Sliding Mode Control. CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781498701822
  13. Gu, H., Lyu, X., Li, Z., Shen, S., & Zhang, F. (2017). Development and experimental verification of a hybrid vertical take-off and landing (VTOL) unmanned aerial vehicle(UAV). 2017 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 160–169. https://doi.org/10.1109/ICUAS.2017.7991420
  14. Heredia, G., Duran, A., & Ollero, A. (2012). Modeling and Simulation of the HADA Reconfigurable UAV. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 65, 115–122. https://doi.org/10.1007/s10846-011-9561-9
  15. Honda Motor Co., Ltd. (2022). eVTOL Gas Turbine Hybrid System. https://global.honda/en/tech/eVTOL_gas_turbine_hybrid_system/
  16. Ijaz, S., Javaid, U., Nasr, A., & Sun, D. (2024). Fault-Tolerant Control of Hybrid UAV Using Weighted Control Allocation Scheme. 2024 American Control Conference (ACC), 4687–4692. https://doi.org/10.23919/ACC60939.2024.10644250
  17. Khattab, A., Mizrak, I., & Alwi, H. (2024). Fault tolerant control of an octorotor UAV using sliding mode for applications in challenging environments. Annual Reviews in Control, 57, 100952. https://doi.org/10.1016/j.arcontrol.2024.100952
  18. Köprücü, S., & Öztürk, M. (2024). Comparison of PID Coefficients Determination Methods for Aircraft Pitch Angle Control. Aerospace Research Letters (ASREL), 3(1), 15–26. https://doi.org/10.56753/ASREL.2024.3.5
  19. Kringeland, T. (2019). Modelling and Control of a Vertical Take-Off and Landing Fixed-Wing Unmanned Aerial Vehicle [Master’s Thesis]. University Of Oslo.
  20. Kulaksız, N., & Hançer, M. (2022). Hava Aracı için Simulink-FlightGear Ortamlarında Uçuş Testlerinin Gerçeklenmesi ve Aerodinamik Etkilerin Stabilite/Gövde Eksenlerinde Karşılaştırılması. Aerospace Research Letters (ASREL), 1(2), 69–83. https://dx.doi.org/10.56753/ASREL.2022.2.1
  21. MathWorks. (2024). MATLAB & SIMULINK User’s Guide R2024b.
  22. Mizrak, I., Alwi, H., & Edwards, C. (2021). Fault Tolerant Control of an Octoplane UAV Using Sliding Modes. 5th International Conference on Control and Fault-Tolerant Systems (SysTol), 121–126. https://doi.org/10.1109/SysTol52990.2021.9595155
  23. Mohsan, S. A. H., Khan, M. A., Noor, F., Ullah, I., & Alsharif, M. H. (2022). Towards the Unmanned Aerial Vehicles (UAVs): A Comprehensive Review. Drones, 6(6). https://doi.org/10.3390/drones6060147
  24. Munasinghe, R., & Gunarathna, J. (2018). Development of a Quad-rotor Fixed-wing Hybrid Unmanned Aerial Vehicle. 2018 Moratuwa Engineering Research Conference (MERCon), 72–77. https://doi.org/10.1109/MERCon.2018.8421941
  25. Murphy, P. C., Buning, P. G., & Simmons, B. M. (n.d.). Rapid Aero Modeling for Urban Air Mobility Aircraft in Computational Experiments. In AIAA Scitech 2021 Forum. https://doi.org/10.2514/6.2021-1002
  26. Pocock, C. (2012). Rheinmetall Shows New Hybrid UAV. https://www.ainonline.com/aviation-news/defense/2012-09-21/rheinmetall-shows-new-hybrid-uav
  27. Prochazka, K. F., Ritz, T., & Eduardo, H. (2019). Over-Actuation Analysis and Fault-Tolerant Control of a Hybrid Unmanned Aerial Vehicle. 5th CEAS Conference on Guidance, Navigation and Control.
  28. Sadeghzadeh, I. (2015). Fault Tolerant Flight Control of Unmanned Aerial Vehicles. PhD Thesis [PhD’s Thesis]. Concordia University.
  29. Sadeghzadeh, I., & Zhang, Y. (2011). A Review on Fault-Tolerant Control for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). Infotech@Aerospace 2011. https://doi.org/10.2514/6.2011-1472
  30. Saeed, A. S., Younes, A. B., Cai, C., & Cai, G. (2018). A survey of hybrid Unmanned Aerial Vehicles. Progress in Aerospace Sciences, 98, 95. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2018.03.007
  31. Saeed, A. S., Younes, A. B., Islam, S., Dias, J., Seneviratne, L., & Cai, G. (2015). A Review on the Platform Design, Dynamic Modeling and Control of Hybrid UAVs. 2015 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). https://doi.org/10.1109/ICUAS.2015.7152365
  32. Team, T. S. P. R. (2022). Textron Systems’ Aerosonde UAS Begins Operations for Nigeria. https://www.textronsystems.com/our-company/news-events/articles/press-release/textron-systems-aerosonde-uas-begins-operations
  33. Technologies, B. (2024). Bayraktar kalkan VTOL. https://baykartech.com/en/uav/bayraktar-diha/
  34. V. I. Utkin, K. D. Y. (1979). Methods for construction of discontinuity planes in multidimensional variable structure systems. Autom. Remote Control, 39(10), 1466–1470.
  35. Varlık, A., & Erdönmez, M. (2020). Yapılaşmış Alanlarda İnsansız Hava Araçları ile Eğik Resim Fotogrametrisi Uygulaması. Necmettin Erbakan University Journal of Science and Engineering, 2(2), 1–11. https://dx.doi.org/10.47112/neufmbd.2020.1
  36. Wisk. (2024). Generations 4 and 5. https://wisk.aero/generations/
  37. Yu, S., & Kwon, Y. (2017). Development of VTOL Drone for Stable Transit Flight. Journal of Computer and Communications, 5, 66–43. https://doi.org/10.4236/jcc.2017.57004
  38. Zhou, L., Si, C., & Wu, Y. (2023, January). Linear Parameter-Varying Control for a Hybrid Unmanned Aerial Vehicle. AIAA SCITECH 2023 Forum. https://doi.org/10.2514/6.2023-1046