DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM

Zekiye Çinar; Rabia Uzun; Tolunay Dağ; Hasan Hüseyin Bilgiç; Tuğrul Oktay

TR EN

BİR İHA’NIN TAGUCHİ YÖNTEMİ İLE TASARIM OPTİMİZASYONU VE GUGUK KUŞU ALGORİTMASI DESTEKLİ KONTROLCÜ İYİLEŞTİRİLMESİ

Öz

Bu çalışmada sabit kanatlı bir insansız hava aracının tasarım parametrelerinin optimizasyonu amacıyla üç farklı parametre seçilmiş ve her biri için üçer farklı değer belirlenmiştir. Bu parametrelerden oluşan 9 durum Minitab yazılımında Taguchi yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Elde edilen bu tasarım senaryoları aerodinamik performans açısından hem XFLR5 hem de OpenVSP yazılımları ile analiz edilmiştir. Ardından her bir tasarım için oturma zamanları belirlenerek tasarımlar arası karşılaştırma yapılabilmesi için Taguchi yöntemi kullanılarak en iyi hava aracı tasarımı belirlenmiştir. Seçilen tasarım için Guguk kuşu optimizasyonuna ek olarak default değer ve Ziegler -Nichols yöntemi ile de analizler gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda guguk kuşu optimizasyonunun en iyi olduğuna karar verilmiş ve PID kontrolcü parametreleri belirlenmiştir. Kontrolcü performansını değerlendirmek amacıyla dört farklı hata kriteri dikkate alınmıştır: ISE, IAE, ITAE ve MSE. Hata kriterleri üzerinden gerçekleştirilen analizler sonucunda, kontrolcü performansının iyileştirilmesi açısından en uygun sonuç ITAE hata kriteri ile elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM

Öz

In this study, three different parameters were selected for the optimization of the design parameters of a fixed-wing unmanned aerial vehicle, and three different values were determined for each. 9 situations consisting of these parameters were obtained using the Taguchi method in Minitab software. These design scenarios were analysed with both XFLR5 and OpenVSP software in terms of aerodynamic performance. Then, the settling times for each design were determined, and the best aircraft design was determined using the Taguchi method to make comparisons between designs. In addition to the Cuckoo optimization for the selected design, analyses were also carried out with the default value and the Ziegler-Nichols method. As a result of the analysis, it was decided that cuckoo optimization was the best, and PID controller parameters were determined. To evaluate the controller performance, four different error criteria were taken into account: ISE, IAE, ITAE, and MSE. As a result of the analyses carried out on error criteria, the most appropriate result in terms of improving controller performance was obtained with the ITAE error criterion.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

Autenrieb, J., & Shin, H. (2025). Complementary Filter‐Based Incremental Nonlinear Model Following Control Design for a Tilt‐Wing UAV. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 35(4), 1596–1615. https://doi.org/10.1002/rnc.7743
Çoban, S. (2020). Autonomous performance maximization of research-based hybrid unmanned aerial vehicle. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 92(4), 645–651. https://doi.org/10.1108/AEAT-08-2019-0171
Dağ, T., Ünler, T., Çopur, E. H., & Çakın, U. (2022). Kentsel hava taşımacılığında kullanılacak dikey iniş-kalkış kabiliyetine sahip bir hava aracının kavramsal tasarımı ve menzil hesabı. Konya Journal of Engineering Sciences, 10(3), 649–664. https://doi.org/10.36306/konjes.1090492
Dündar, Ö., Bilici, M., & Ünler, T. (2020). Design and performance analyses of a fixed wing battery VTOL UAV. Engineering Science and Technology, an International Journal, 23(5), 1182–1193. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2020.02.002
Ebrahimi, M. J., Pasandidehfard, M., Esmaeili, A., & Esfandabadi, M. H. M. (2025). Optimizing unmanned aerial vehicle aerodynamics: a two-stage approach using genetic algorithms and adjoint methods. Aerospace Science and Technology, 167, 110605. https://doi.org/10.1016/j.ast.2025.110605
El Gmili, N., Mjahed, M., El Kari, A., & Ayad, H. (2019). Particle Swarm Optimization and Cuckoo Search-Based Approaches for Quadrotor Control and Trajectory Tracking. Applied Sciences, 9(8), 1719. https://doi.org/10.3390/app9081719
Hashim, H. A. (2025). Advances in UAV avionics systems architecture, classification and integration: A comprehensive review and future perspectives. Results in Engineering, 25, 103786. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103786
Kapsalis, S., Bliamis, C., Kaparos, P., Panagiotou, P., & Yakinthos, K. (2023). Parametric Investigation of Canards on a Flying Wing UAV Using the Taguchi Method. Aerospace, 10(3), 264. https://doi.org/10.3390/aerospace10030264

Milenković-Babić, M., Ostojić, B., Dovatov, B., Antonić, V., Nenadić, I., & Damljanović, D. (2025). Control derivative estimation of X-tail control surface design. Aerospace Science and Technology, 163, 110343. https://doi.org/10.1016/j.ast.2025.110343
Oktay, T., Konar, M., Onay, M., Aydin, M., & Mohamed, M. A. (2016). Simultaneous small UAV and autopilot system design. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 88(6), 818–834. https://doi.org/10.1108/AEAT-04-2015-0097
Ramanan, G., Rahul, N., Sathishkumar, V. E., & Upadhyaya, I. (2025). Enhancing Performance and Stability of Wing‐Alone UAV: A Comprehensive Mathematical Model and Simulation Approach Using MATLAB and Simulink. Modelling and Simulation in Engineering, 2025(1). https://doi.org/10.1155/mse/3515887
Sarmento, V., Malatesta, V., & Pedras, M. (2025). Aircraft dynamic stability derivatives via steady-state CFD. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 47(8), 392. https://doi.org/10.1007/s40430-025-05710-x
Shahriari, S., Kasiri, N., & Ivakpour, J. (2026). Data-driven hybrid control for coordinated operation of multicolumn NGL separation systems. Computers & Chemical Engineering, 207, 109548. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2025.109548
Siwek, M., Baranowski, L., & Ładyżyńska-Kozdraś, E. (2024). The Application and Optimisation of a Neural Network PID Controller for Trajectory Tracking Using UAVs. Sensors, 24(24), 8072. https://doi.org/10.3390/s24248072
Zhang, X., Zhang, S., Dong, W., & Wang, K. (2022). A Novel Time Synchronization Method for Smart Grid Based on Improved Wolf Colony Algorithm-Cuckoo Search Optimized Fuzzy PID Controller. IEEE Access, 10, 116959–116971. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3219933

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Makine Mühendisliğinde Optimizasyon Teknikleri

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Zekiye Çinar
0009-0000-3241-9226
Türkiye

Rabia Uzun
0009-0008-6846-5388
Türkiye

Tolunay Dağ ^*
0000-0003-1514-5336
Türkiye

Hasan Hüseyin Bilgiç
0000-0001-6006-8056
Türkiye

Tuğrul Oktay
0000-0003-4860-2230
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

3 Haziran 2026

Gönderilme Tarihi

12 Eylül 2025

Kabul Tarihi

10 Mart 2026

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2026 Cilt: 29 Sayı: 2

IZ

https://izlik.org/JA76BD79UH

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Çinar, Z., Uzun, R., Dağ, T., Bilgiç, H. H., & Oktay, T. (2026). DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 29(2), 554-564. https://izlik.org/JA76BD79UH

AMA

1.Çinar Z, Uzun R, Dağ T, Bilgiç HH, Oktay T. DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2026;29(2):554-564. https://izlik.org/JA76BD79UH

Chicago

Çinar, Zekiye, Rabia Uzun, Tolunay Dağ, Hasan Hüseyin Bilgiç, ve Tuğrul Oktay. 2026. “DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29 (2): 554-64. https://izlik.org/JA76BD79UH.

EndNote

Çinar Z, Uzun R, Dağ T, Bilgiç HH, Oktay T (01 Haziran 2026) DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29 2 554–564.

IEEE

[1]Z. Çinar, R. Uzun, T. Dağ, H. H. Bilgiç, ve T. Oktay, “DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM”, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 29, sy 2, ss. 554–564, Haz. 2026, [çevrimiçi]. Erişim adresi: https://izlik.org/JA76BD79UH

ISNAD

Çinar, Zekiye - Uzun, Rabia - Dağ, Tolunay - Bilgiç, Hasan Hüseyin - Oktay, Tuğrul. “DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29/2 (01 Haziran 2026): 554-564. https://izlik.org/JA76BD79UH.

JAMA

1.Çinar Z, Uzun R, Dağ T, Bilgiç HH, Oktay T. DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2026;29:554–564.

MLA

Çinar, Zekiye, vd. “DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 29, sy 2, Haziran 2026, ss. 554-6, https://izlik.org/JA76BD79UH.

Vancouver

1.Zekiye Çinar, Rabia Uzun, Tolunay Dağ, Hasan Hüseyin Bilgiç, Tuğrul Oktay. DESIGN OPTIMIZATION OF A UAV USING THE TAGUCHI METHOD AND CONTROL IMPROVEMENT SUPPORTED BY THE CUCKOO ALGORITHM. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi [Internet]. 01 Haziran 2026;29(2):554-6. Erişim adresi: https://izlik.org/JA76BD79UH