طراحی کنترلکننده ترکیبی برای ردیابی مسیر یک کوادروتور با وجود اغتشاش نامعین | ||
| مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
| دوره 11، شماره 5، آذر و دی 1400، صفحه 17-32 اصل مقاله (1.5 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2021.7877.2813 | ||
| نویسندگان | ||
| علی محمدی1؛ سید امیرمحمد مناقب* 2؛ احسان عباسی3؛ سید حسین ساداتی4 | ||
| 1دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان | ||
| 2دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران | ||
| 3دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان | ||
| 4استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی ، تهران | ||
| چکیده | ||
| در این پژوهش یک روش کنترل غیرخطی جدید همراه با شبیهسازی برای کوادروتور ارائه می‌شود. معادلات دینامیکی پرنده بصورت یک جسم با شش درجه آزادی بر اساس معادلات نیوتن-اویلر، بصورت کامل و بدون ساده‌سازی و همراه با اغتشاش خارجی نامعین در نظر گرفته‌شده‌است. با توجه به کم‌عملگر بودن پرنده و کوپل دینامیک آن، یک الگوریتم کنترل غیرخطی با ترکیب روش کنترلی گام به عقب انتگرال‌گیر و روش مود لغزشی برای پایداری وضعیت پرنده و دنبال کردن مسیر مطلوب توسط آن، طراحی می‌شود. کنترلکنندههای طراحی شده براساس کنترل سلسله مراتبی برای کنترل حرکات چرخشی و حرکات انتقالی پرنده استفاده می‌شوند، ضمن این‌که پایداری آن‌ها توسط تئوری لیاپانوف اثبات می‌شود. با استفاده از کنترلکننده پیشنهادی، می‌توان از وقوع پدیده چترینگ و همچنین ورودی کنترلی ناپیوسته که در روش کنترلی مود لغزشی رخ می‌دهد، اجتناب کرد. عملکرد کنترلکننده ارائه شده در این تحقیق توسط شبیه-سازی تحت سناریوهای مختلف تایید می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که روش پیشنهادی نسبت به کنترلکننده PID نه‌تنها عملکرد بهتری در ردیابی مسیر از خود نشان می‌دهد بلکه در مواجهه با اغتشاش خارجی نامعین، مقاوم‌تر است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| کوادروتور؛ مود لغزشی؛ گام به عقب؛ ردیابی مسیر؛ نامعینی و اغتشاش خارجی | ||
| مراجع | ||
|
[1] Bouabdallah S, Andre N, Roland S (2004) PID vs LQ control techniques applied to an indoor micro quadrotor. Proc. of The IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS).
[2] Li J, Yuntang L (2011) Dynamic analysis and PID control for a quadrotor. International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), IEEE.
[3] Salih AL, Moghavvemi M, Mohamed AF, Gaeid KS (2010) Modelling and PID controller design for a quadrotor unmanned air vehicle. International Conference on Automation Quality and Testing Robotics (AQTR), IEEE.
[4] Yanjun L, Xu T, Zhang X (2016) A fuzzy self-tuning pd controller for a quadrotor: Design and implementation. Chinese Control and Decision Conference (CCDC), IEEE.
[5] Tayebi A, Stephen M (2006) Attitude stabilization of a VTOL quadrotor aircraft. IEEE T Contr Syst T 14(3): 562-571.
[6] نوری مطلق م، صفرپور پ، پورقلی م (2016) مدلسازی دینامیکی، شبیهسازی کنترل کوادروتور با استفاده از کنترلکنندههای فیدبک خطیساز و پی آی دی بر پایه دادههای آزمایشگاهی سنسورهای ممز. مهندسی مکانیک مدرس 185-175 :(12)16.
[7] تیکنی و، شهبازی ح (2018) طراحی الگوریتمهای کنترلی انتگرال-مشتق گیر- تناسبی مرتبه کسری و معمولی همراه با بررسی تجربی عملکرد آن برای کنترل موقعیت زاویهای کوادروتور. نشریه علمی مکانیک سازهها و شارهها 50-37 :(2)8.
[8] Xu R, Ozguner U (2006) Sliding Mode control of a quadrotor helicopter. 45th IEEE Conference on Decision and Control, IEEE.
[9] Yimeng T, Patton, RJ (2012) Phase modulation of robust variable structure control for nonlinear aircraft. International Conference on Control (CONTROL), IEEE.
[10] Luque-Vega L, Castillo-Toledo B, Loukianov AG (2012) Robust block second order sliding mode control for a quadrotor. J Frankl Inst 349)2): 719-739.
[11] متحدی ا، اکبرزاده کلات ا (2016) کنترل مود لغزشی مقاوم تطبیقی کوادروتور در حضور اغتشاش باد. مهندسی مکانیک مدرس 102-95 :(12)16.
[12] افشینفر س، سلطانپور م ر، رزمی ح (2017) طراحی کنترلکننده مود لغزشی فازی تطبیقی برای کنترل موقعیت و زوایای یک بالگرد چهار ملخه. نشریه علمی مکانیک سازهها و شارهها 172-159 :(4)7.
[13] Mofid O, Mobayen S (2017) Adaptive sliding mode control for finite-time stability of quad-rotor UAVs with parametric uncertainties. ISA T 1-14.
[14] Adhikary N, and Chitralekha M (2013) Integral backstepping sliding mode control for underactuated systems: Swing-up and stabilization of the cart–pendulum system. ISA T 52)6(: 870-880.
[15] Slotine JJE, Li W (1991) Applied nonlinear control. Vol. 199. No. 1. Englewood Cliffs, NJ: Prentice hall.
[16] Bouabdallah S, Pierpaolo M, Roland S (2004) Design and control of an indoor micro quadrotor. International Conference on Robotics and Automation, IEEE.
[17] Bouabdallah S, Roland S (2005) Backstepping and sliding-mode techniques applied to an indoor micro quadrotor. International Conference on Robotics and Automation, IEEE.
[18] Colorado J, Barrientos A, Martinez A, Lafaverges B, Valente J (2010) Mini-quadrotor attitude control based on hybrid backstepping & frenet-serret theory. International Conference on Robotics and Automation (ICRA), IEEE.
[19] Soumelidis A, Gáspár P (2008) Control of an experimental mini quadrotor UAV, control and automation. 16th Mediterranean Conference on IEEE.
[20] Mian A, Daobo W (2008) Modeling and backstepping based nonlinear control strategy for a 6 DOF quadrotor helicopter. Chinese J Aeronaut 21(3): 261-268.
[21] Lu CH, Hwang YR, Shen YT (2011) Backstepping sliding mode tracking control of a vane-type air motor X–Y table motion system. ISA T 50(2): 278-286.
[22] Dong B, Zhao B, Li Y (2011) Backstepping sliding mode decentralized control for reconfigurable manipulators based on ESO. 30th Chinese Control Conference (CCC), IEEE.
[23] Kwan C, Lewis FL (2000) Robust backstepping control of nonlinear systems using neural networks. IEEE T Syst Man Cy A 30(6):753-766.
[24] Zinober ASI, Liu P (1996) Robust control of nonlinear uncertain systems via sliding mode with backstepping design. International Conference on Control, IET.
[25] Krstic M, Kanellakopoulos I, Kokotovic PV (1995) Nonlinear and adaptive control design. Wiley, New York.
[26] Zhang T, Shuzhi SG, Hang CC (2000) Adaptive neural network control for strict-feedback nonlinear systems using backstepping design. Automatica 36(12): 1835-1846.
[27] Jia Z, et al (2017) Integral backstepping sliding mode control for quadrotor helicopter under external uncertain disturbances. Aerosp Sci Technol 68: 299-307.
[28] Baruh H (1999) Analytical dynamics. WCB/McGraw-Hill, Boston.
[29] Chun Kiat T, Wang J, Paw YC, Yong T (2016) Tracking of a moving ground target by a quadrotor using a backstepping approach based on a full state cascaded dynamics. Appl Soft Comput 47: 47-62.
[30] Sadr S, Moosavian SAA, Zarafshan P (2014) Dynamics Modeling and control of a quadrotor with swing load. J Robotic Syst.
[31] Eresen A, Nevrez İ, Mehmet Ö (2012) Autonomous quadrotor flight with vision-based obstacle avoidance in virtual environment. Expert Syst Appl 39(1):894-905.
[32] Sang Min O (2012) Modeling and control of a quad-rotor helicopter. Diss University of Florida.
[33] Zongyu Z (2010) Trajectory tracking control design with command-filtered compensation for a quadrotor. Iet Control Theory A 4(11): 2343-2355.
[34] Neng-Sheng P, Wei-Cheng L, Min-Hung C, Pi-Yun C (2016) Flight Control for a quadrotor of attitude control based on android system and using optimal-tuning design. Comput Electr Eng 54:170-184.
[35] Alderete TS (1995) Simulator aero model implementation. NASA Ames Research Center, Moffett Field, California. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,156 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 939 |
||