DÖRT ROTORLU İNSANSIZ HAVA ARACI İÇİN GÖRÜNTÜ İŞLEME TABANLI AKILLI KONTROL ALGORİTMALARININ GELİŞTİRİLMESİ

Abstract

İnsansız hava araçları, son zamanlarda sivil ve askeri amaçlarla birçok alanda kullanımı artan ve bilimsel olarak önemli bir araştırma alanı oluşturan uygulamalardandır. Çok çeşitli modelleri bulunan insansız hava araçlarından dört rotorlu tipi yüksek hareket kabiliyeti ve belirli avantajlarıyla ön plana çıkmaktadır. Dört rotorlu insansız hava araçlarının özellikle modelleme ve kontrolüne yönelik birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmalarda akıllı sistem yaklaşımları da kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında dört rotorlu insansız hava araçları için görüntü işleme tabanlı akıllı kontrol algoritmalarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla tezde öncelikle tip-2 bulanık sistemlerin incelemesi ve optimizasyon çalışması yapılmıştır. İkinci olarak dört rotorlu insansız hava aracının matematiksel modeli oluşturularak MATLAB simülasyonu ile doğrulama işlemleri gerçekleştirilmiş ve sonrasında tip-2 bulanık sistemlerle pozisyon kontrolü yapılmıştır. Tip-1 bulanık sistem, PD ve tip-2 bulanık sistem kullanılan pozisyon kontrolünde simülasyon sonuçları karşılaştırmalı olarak verilmiş ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Tez çalışmasında son olarak dört rotorlu aracın görüntü işleme tabanlı pozisyon kontrolü gerçekleştirilmiştir. Bu yaklaşımda dört rotorlu aracın üzerinde bulunan bir kameradan alınan görüntülerin işlenmesi ile aracın bir nesneyi takip etmesi için gerekli kontrol algoritmaları sunulmaktadır. Üç eksenli (ileri-geri, sağ-sol, aşağı-yukarı) olarak gerçekleştirilen kontrol yaklaşımı için elde edilen simülasyon sonuçları, bir nesnenin tespit edilerek takip edilmesi için görüntü işleme tabanlı tip-2 bulanık kontrol algoritmasının doğru, sağlam ve başarılı sonuçlar verdiğini göstermektedir. Sonuç olarak bu tez çalışması dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi ve simülasyonu, tip-2 bulanık sistemlerin gerçekleştirilmesi ve optimizasyonu, dört rotorlu insansız hava aracının tip-2 bulanık mantık tabanlı pozisyon kontrolü ve dört rotorlu insansız hava aracının görüntü işleme tabanlı pozisyon kontrolü olmak üzere dört temel katkı noktasına sahiptir. Bilimsel yayınların da yapıldığı tez kapsamında yapılan katkılar birçok simülasyon sonucu ile doğrulanmıştır. Anahtar Kelimeler: Dört Rotorlu İnsansız Hava Aracı, Tip-2 Bulanık Sistemler, Görüntü İşleme, Pozisyon Kontrolü, Nesne Takibi.Unmanned air vehicles are applications whose tenancy has increased in many fields recently with civil and military purposes. Quadrotor unmanned air vehicle having various models with high mobility and certain advantages looms large. A lot of research has been carried out particularly on the modelling and controlling of the quadrotor unmanned air vehicles so far. Intelligent system approaches have also been used in those studies. In the scope of this thesis, we aimed to develop video recording based intelligent control algorithms for the unmanned air vehicles. In this respect, initially the investigation and optimization studies of the type-2 fuzzy systems were carried out. Next, justification processes were held with the MATLAB simulation by developing a mathematical model of the quadrotor unmanned air vehicle followed by a position controlling with type-2 fuzzy systems. The simulation results during the position control with type-1 fuzzy system, PD and type-2 fuzzy system were relatively assessed and successful results were obtained. In the study, finally, the video recording based position control of the quadrotor vehicle was conducted. In this approach, necessary control algorithms for the vehicle to follow any subject by processing the video recordings received from a video camera fixed on the quadrotor vehicles are suggested. The simulation results obtained for the control approach conducted in three axes (forward-back, right-left, up-down) show that video recording based type-2 fuzzy control algorithm provides correct, reliable and successful results. Consequently, this study of thesis has four fundamental contributions involving modelling and simulation of a quadrotor unmanned air vehicle, the conduction and optimization of the type-2 fuzzy systems, the type-2 fuzzy logic based position controlling of the quadrotor unmanned air vehicle and the video recording based position control of the the quadrotor unmanned air vehicle. In the scope of this thesis, including the related scientific publications, the contributions are confirmed by many results of simulation. Key words: Quadrotor Unmanned Air Vehicle, Qua, Type-2 Fuzzy Logic System, Image Processing, Position Control, Object Tracking.