Pid-Kontrollü Yüz Takip İHA'sinin Performans Analizi

Abstract

Bu tez, klasik Orantılı-İntegral-Türev (PID) kontrolü kullanılarak bir DJI Tello mikro-İHA üzerindeki görüş tabanlı bir izleme kontrol cihazının kapalı devre performansını incelemektedir. Kamera türevi hatayı, kontrol cihazı çıkışlarını (RC komutları) ve araç durumlarını kaydederek dört eksen için (sapma, yanal (sol-sağ), uzunlamasına (ileri-geri) ve dikey (yukarı-aşağı)) adım tepkisi sistemi tanımlaması gerçekleştiriyoruz. Eksen bazlı SISO modelleri, sapmanın saf bir entegratör gibi davrandığını, öteleme eksenlerinin ise tip-1 (gecikmeli entegratör) dinamikler tarafından iyi yakalandığını göstermektedir. P, PI, PD ve PID kontrol cihazlarını özdeş test komut dosyaları altında uyguluyoruz ve 30 Hz'de örneklenen uçuş kayıtlarından ±%5 bant içinde yüzde aşma ve yerleşme süresini değerlendiriyoruz. Sonuçlar, PD'nin öteleme hareketi üzerinde en iyi dengeyi sağladığını (daha kısa yerleşme ile azaltılmış aşma) gösterirken, sapmanın yalnızca orantılı hareketle yeterince düzenlendiğini göstermektedir. Anti-sarma olmadan integral eylem, doygunluk ve salınıma neden olur; geri hesaplama anti-sarma ve birinci dereceden türev filtresinin eklenmesi sağlamlığı artırır. Katkılar şunlardır: (i) tekrarlanabilir eksen bazlı modeller ve testler, (ii) adil denetleyici karşılaştırmaları için birleşik bir kayıt/çizim hattı ve (iii) görüş geri bildirimli küçük İHA'lar için türev filtreleme ve anti-sarma konusunda pratik rehberlik. Bu bulgular, kaynak kısıtlı hava platformlarında klasik PID'den daha gelişmiş kontrole geçiş için nicel bir temel oluşturur.This thesis examines closed-loop performance of a vision-based tracking controller on a DJI Tello micro-UAV using classical Proportional–Integral–Derivative (PID) control. We perform step-response system identification for four axes—yaw, lateral (left–right), longitudinal (forward–backward), and vertical (up–down)—by logging camera-derived error, controller outputs (RC commands), and vehicle states. Axis-wise SISO models indicate that yaw behaves as a pure integrator, while the translational axes are well captured by type-1 (integrator-with-lag) dynamics. We implement P, PI, PD, and PID controllers under identical test scripts and evaluate percent overshoot and settling time within a ±5% band from flight logs sampled at 30 Hz. Results show PD provides the best trade-off on translational motion—reduced overshoot with shorter settling—whereas yaw is adequately regulated by proportional action alone. Integral action without anti-windup causes saturation and oscillation; adding back-calculation anti-windup and a first-order derivative filter improves robustness. Contributions are: (i) reproducible axis-wise models and tests, (ii) a unified logging/plotting pipeline for fair controller comparisons, and (iii) practical guidance on derivative filtering and anti-windup for small UAVs with vision feedback. These findings establish a quantitative baseline for transitioning from classical PID to more advanced control on resource-constrained aerial platforms.