Multikopterler için otopilot yapmak

Merhaba arkadaşlar,
Bugünkü yazımda geçen senelerde üzerinde uzun zaman harcadığım fakat tamamlayamadığım bir konu olan otopilot yapmak üzerine edindiğim tecrübeleri anlatmak istiyorum. Yazıya başlamadan önce bu çalışmaların tamamını beraber yaptığım Bahadır Gökçeaslan teşekkür etmeyi bir borç bilirim.
SimplePilotlogoPNG.png

Evet otopilot aslında benim anlatacağım bölüme kıyasla biraz fazla geniş bir kavram oldu. Zira malesef proje uçuş kontrolcüsü aşamalarında kaldı. Bir soru ile başlayalım. Bir uçuş kontrolcüsü nedir? Bir uçuş kontrolcüsü temel olarak havada uçan bir aracın yere göre açılarının istenilen şekilde olmasını sağlayan sensör ve hareketli mekanizmalar bütünüdür. Aslında yere göre açılarla sınırlamak çok mantıklı değil. Bir hava aracının yükseliğinin sabit olması veya istenilen hızda istenilen konumda kalmasını sağlamak da bunun işidir. Fakat bu projede, bir Quadcopter uçuş kontrolcüsü olarak tasarlanmış olan bu yapıda amaç quadcopterin yere göre açılarını kumandadan gelen girdilere göre kontrol etmekti.

Peki bu IMU açılar nasıl kontrol edilir? Hepinizin bildiği gibi bi quadcopter yere itki veren 4 adet motordan oluşan bir mekanizma. Ama bir quadcopteri havada tutmak göründüğü kadar kolay değildir. Basit olarak yapılan işlem quadcopter motorlanının hızını istenilen açıda kalacak şekilde kontrol etmektir. Bunun için de 2 temel yapı kullanılır. IMU denen bu açıları ölçen sensörler ve PID denilen kontrol algoritması. Bu noktada eğer bu kavramlar tanıdık gelmediyse imu hakkındakı şu yazımı ve pid hakkındaki bu yazımı okumanızı tavsiye ederim. Kodu inceleyecek olursanız projemizi belli parçalara ayırmış durumdayız. Bu parçalar şunlardır:

  • Kumandadan girdilerin alınması
  • IMU açılarının güncellenmesi
  • Girdi değerlerine ulaşmak için gerekli motor hızlarının pid algotirmasıyla hesaplanması
  • Telemetri datasının yollanması

Ben bu yazıda daha çok 3. madde üzerinde duracağım. Öncellikle bir eksende kontrolü ele alalım. Bir eksende kontrol için yapılması gereken işlem şöyledir:

  • Imu üzerinden şuanki açı ve ve kumandadan o eksen için istenen açı alınır. ( Otopilotlu bir yapıda istenen açıyı, verilen koordinata gitmek için kendisi hesaplar. )
  • Şu anki açı hatası
  • Geçmişteki açı hatası toplamı
  • Gelecekte oluşabilecek açı hatası tahmini
  • Üsteki 3’ü kullanılarak hedef açı için gerekli açısal hız bulunur.
  • Şuanki açısal hız hatası
  • Geçmişsteki açısal hız hatası toplamı
  • Gelecekte oluşabilecek açısal hata
  • Üsteki 3’ü kullanılarak o eksen için pıd çıktısı hesaplanmış olur.

Bu şekilde bir eksenin kontrolü için 2 katlı pid işlemi uygulamak gereklidir. Peki 3 eksenin için nasıl bir çözüm kullanmak gerekir. Bunu anlatmak yerine şu 4 satır kodu buraya eklemek istiyorum. (output_ ile başlayanların ilgili eksen ile alakalı pıd çıkışı olduğunu varsayın. )

Bu iki satır sayesinde toplam 6 pid kontrolcüsünden oluşturulan hesaplamalar birleştirilir. Birleştirme esnasındaki işaretlerin mantığını siz de farketmişsinizdir. O eksen için pid etkisi negatif mi pozitif mi? Yani o motorun hızının artması o eksende ne yönde bir hareket sağlar.

Evet son olarak bizim projemizden bahsedeyim. Ortalıkta uzun yıllardır açık kaynaklı otopilotlar var biz de bunun farkında olmamıza rağmen kendimizi geliştirmek amacıyla bu projeye başladık. Malesef test düzeneklerine ve projenin geliştirilmesine daha sonrasında zaman ayıramadık. Ama dediğim gibi bu konuyla alakalı değerli tecrübelere edindiğimizi düşünüyorum. Belki günün birinde tamamlarız.
Yaptığımız çalışmaların tamamının linki: github.com/mozanunal/SimplePilot

Genellikle arduino kütüphanelerini kullandığımız için bizim kodumuz performans açısından pek uygun olmadığını düşünüyorum. Ama şuradaki yazıda ardupilot kütüphanelerini kullanarak olayın temelini de anlatarak güzel bir yazı ortaya koymuş bir arkadaşımız var. Benzer şeyler yapmak isterseniz onu kod olarak da referans alabileceğinizi düşünüyorum. İncelemenizi tavsiye ederim. Tekrar görüşmek üzere…

www.facebook.com/itunom
www.itunom.com

Paylaş