دوره 22، شماره 7 - ( تیر 1401 )                   جلد 22 شماره 7 صفحات 439-429 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Baha M, Saghafi F. 3-D Dynamic Modeling and Simulation of a Quadrotor Transporting Cable-Suspended Payload Generating Stochastic Forces. Modares Mechanical Engineering 2022; 22 (7) :429-439
URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-47697-fa.html
بهاء میرشمس، ثقفی فریبرز. مدلسازی دینامیکی و شبیه‌‌سازی سه بعدی یک چهارپره به هنگام انتقال محموله آویزان به کابل با قابلیت تولید نیروهای تصادفی. مهندسی مکانیک مدرس. 1401; 22 (7) :429-439

URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-47697-fa.html


1- دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی هوافضا
2- دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی هوافضا ، saghafi@sharif.edu
چکیده:   (1038 مشاهده)
در این پژوهش، به مدلسازی دینامیکی سه بعدی یک چهارپره حامل با کابل در حضور بار‏ مولد نیروهای تصادفی پرداخته می‏‌شود. در بسیاری موارد عملی با محموله‏‌هایی سروکار داریم که بر مبنای دینامیک ذاتی خود یا برهمکنش با محیط قادر به تولید نیروهای نوسانی با دامنه و فرکانس تصادفی هستند که این موضوع می‌‏تواند به شدت دینامیک سامانه حامل را تحت تاثیر قرار دهد. نوآوری پژوهش حاضر، درنظرگیری این نیروها و نمایش تاثیر آنها بر دینامیک چهارپره است. همچنین جهت انطباق بهتر مدل با سامانه واقعی، فرض می‌‏شود که نقطه اتصال کابل منطبق بر مرکز ثقل پرنده نبوده و اینرسی کابل در فرایند مدلسازی در نظر گرفته می‏‌شود. در این راستا، معادلات حرکت سامانه بر مبنای هر دو روش اولر-لاگرانژ و نیوتن-اولر استخراج خواهند گردید. پس از دستیابی به معادلات حرکت، صحت مدل دینامیکی در سه مرحله مورد بررسی قرار می‏‌گیرد. در گام نخست با انجام شبیه‏‌سازی، اعتبار مدل غیرخطی مورد سنجش قرار گرفته و تحلیل دینامیکی صورت می‏‌پذیرد.  در گام بعد با ارزیابی ساختار مدل، نشان داده می‌‏شود که معادلات حرکت برخی ویژگی‏‌های ساختاری یک مدل دینامیکی مطلوب را برآورده می‌‏نماید. سپس، با برابر صفر قرار دادن برخی پارامترها و متغیرها، نشان داده می‏‌شود که مدل‏‌های ساده‏‌تر ارائه شده در برخی مراجع را می‌‏توان از مدل جامع مذکور بدست آورد. در آخر به بحث و نتیجه‏‌گیری حاصل از کار پرداخته خواهد شد.
متن کامل [PDF 1021 kb]   (523 دریافت)    
نوع مقاله: پژوهشی اصیل | موضوع مقاله: دینامیک و سینماتیک
دریافت: 1399/8/26 | پذیرش: 1400/9/30 | انتشار: 1401/4/10

فهرست منابع
1. [1] Orsag M, Korpela C, Oh P. Modeling and control of MM-UAV: Mobile manipulating unmanned aerial vehicle. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2013 Jan 1; 69(1-4):227-40. [DOI:10.1007/s10846-012-9723-4]
2. [2] Thomas J, Polin J, Sreenath K, Kumar V. Avian-inspired grasping for quadrotor micro UAVs. In International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference 2013 Aug 4 (Vol. 55935, p. V06AT07A014). American Society of Mechanical Engineers.
3. [3] Cicolani LS, Kanning G, Synnestvedt R. Simulation of the dynamics of helicopter slung load systems. Journal of the American Helicopter Society. 1995 Oct 1; 40(4): 44-61. [DOI:10.4050/JAHS.40.44]
4. [4] Oh SR, Ryu JC, Agrawal SK. Dynamics and Control of a Helicopter Carrying a Payload Using a Cable-Suspended Robot. 2006, 1113-1121. [DOI:10.1115/1.2218882]
5. [5] Zameroski D, Starr G, Wood J, Lumia R. Rapid swing-free transport of nonlinear payloads using dynamic programming. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. 2008 Jul 1; 130(4). [DOI:10.1115/1.2936384]
6. [6] Alothman Y, Gu D. Using constrained model predictive control to control two quadrotors transporting a cable-suspended payload. In 2018 13th World Congress on Intelligent Control and Automation (WCICA). 2018 Jul 4 (pp. 228-233). IEEE. [DOI:10.1109/WCICA.2018.8630488]
7. [7] Barikbin B, Fakharian A. Trajectory tracking for quadrotor UAV transporting cable-suspended payload in wind presence. Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2019 Mar; 41(5):1243-55. [DOI:10.1177/0142331218774606]
8. [8] Sreenath K, Kumar V. Dynamics, control and planning for cooperative manipulation of payloads suspended by cables from multiple quadrotor robots. rn. 2013 Jun; 1(r2):r3. [DOI:10.15607/RSS.2013.IX.011]
9. [9] Guerrero ME, Mercado DA, Lozano R, García CD. Passivity based control for a quadrotor UAV transporting a cable-suspended payload with minimum swing. In2015 54th IEEE Conference on Decision and Control (CDC) 2015 Dec 15 (pp. 6718-6723). IEEE. [DOI:10.1109/CDC.2015.7403277]
10. [10] Guerrero-Sánchez ME, Mercado-Ravell DA, Lozano R, García-Beltrán CD. Swing-attenuation for a quadrotor transporting a cable-suspended payload. ISA transactions. 2017 May 1; 68:433-49. [DOI:10.1016/j.isatra.2017.01.027]
11. [11] Goodarzi FA, Lee D, Lee T. Geometric stabilization of a quadrotor UAV with a payload connected by flexible cable. In2014 American Control Conference 2014 Jun 4 (pp. 4925-4930). IEEE. [DOI:10.1109/ACC.2014.6859419]
12. [12] Dai S, Lee T, Bernstein DS. Adaptive control of a quadrotor UAV transporting a cable-suspended load with unknown mass. In53rd IEEE Conference on Decision and Control 2014 Dec 15 (pp. 6149-6154). IEEE. [DOI:10.1109/CDC.2014.7040352]
13. [13] Goodarzi FA, Lee T. Dynamics and control of quadrotor UAVs transporting a rigid body connected via flexible cables. In2015 American Control Conference (ACC) 2015 Jul 1 (pp. 4677-4682). IEEE. [DOI:10.1109/ACC.2015.7172066]
14. [14] Lee T. Geometric control of quadrotor UAVs transporting a cable-suspended rigid body. IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2017 Feb 6; 26(1):255-64. [DOI:10.1109/TCST.2017.2656060]
15. [15] Palunko I, Fierro R. Cruz P. Trajectory generation for swing free maneuvers of a quadrotor with suspended payload: A Dynamic Programming Approach." IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2012 May 14, (pp. 2691-2697). IEEE. [DOI:10.1109/ICRA.2012.6225213]
16. [16] Guerrero ME, Mercado DA, Lozano R, García CD. IDA-PBC methodology for a quadrotor UAV transporting a cable-suspended payload. In2015 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS) 2015 Jun 9 (pp. 470-476). IEEE. [DOI:10.1109/ICUAS.2015.7152325]
17. [17] Baha M, Saghafi F, 2-D Dynamic modeling and simulation of a quadrotor, transporting a cable-suspended payload with stochastic forces. The 28th Iranian Society of Mechanical Engineering (ISME2020), AmirKabir University of Technology, Tehran, Iran. 2020 May.
18. [18] Zipfel PH. Modeling and simulation of aerospace vehicle dynamics. American Institute of Aeronautics and Astronautics; 2007 Apr 15. [DOI:10.2514/4.862182]
19. [19] Chovancová A, Fico T, Chovanec Ľ, Hubinsk P. Mathematical modelling and parameter identification of quadrotor (a survey). Procedia Engineering. 2014 Jan 1; 96:172-81. [DOI:10.1016/j.proeng.2014.12.139]
20. [20] Luukkonen T. Modelling and control of quadcopter. Independent research project in applied mathematics, Espoo. 2011 Aug 22; 22.
21. [21] Cruz PJ. Fierro R. Cable-Suspended Load Lifting by a Quadrotor UAV: Hybrid Model, Trajectory Generation, and Control. Autonomous Robots. 2017 Dec; 41(8):1629-43. [DOI:10.1007/s10514-017-9632-2]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.