مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تعقیب مسیر کوادروتور جهت عبور از موانع با استفاده از کنترلر و مشاهده‌گر حالت لغزشی با پیچش فوق‌العاده.

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 عضو هئیت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر
3 هیات علمی/ پژوهشکده علوم فناوری و فضا/ دانشگاه صنعتی امیرکبیر
4 استادیار دانشگاه صنعتی امیرکبیر
چکیده
کنترل حالت لغزشی یکی از متداول‌ترین انواع روش‌های کنترل مقاوم است که قابلیت جبران عدم قطعیت در مدل و پارامترهای یک سیستم را دارا می‌باشد؛ اما مهمترین عیب این روش وجود پدیده چترینگ یا نوسان ورودی کنترلی است. اگرچه با تعریف یک لایه مرزی در اطراف سطح لغزش می‌توان از نوسان ورودی کنترلی جلوگیری نمود اما از طرفی دیگر این امر سبب کاهش قوام این کنترلر در برابر عدم قطعیت‌ها خواهد شد. به‌همین منظور نسل جدیدی از کنترلرهای حالت لغزشی با مرتبه بالاتر مانند کنترل حالت لغزشی با پیچش فوق‌العاده پیشنهاد می‌شوند که قانون کنترل آنها ذاتا و بدون تعریف لایه مرزی سعی در کاهش پدیده چترینگ دارد؛ درحالی که قوام کنترل‌های حالت لغزشی سنتی را حفظ می‌کند. در این مقاله ابتدا با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی کرم شب‌تاب و توابع چندجمله‌ای، مسیر پروازی کوادروتور در محیطی با موانع معین و ثابت طراحی شده و سپس به‌منظور تعقیب مسیر پروازی در حضور عدم قطعیت در پارامترها و ساختار مدل، کنترلر حالت لغزشی با پیچش فوق‌العاده طراحی خواهد شد و عملکرد این کنترلر با روش‌های فیدبک خطی‌ساز و حالت لغزشی سنتی مورد مقایسه قرار می‌گیرد. همچنین در طول روند پایدارسازی و کنترل، به‌منظور محاسبه مشتقات برخی از حالت‌ها و متغیرهای سیستم که امکان محاسبه آنها از طریق سنسورها وجود ندارد، از مشاهده‌گر و مشتق‌گیر بر پایه کنترل حالت لغزشی با پیچش فوق‌العاده استفاده می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Trajectory Tracking of a Quadrotor for Obstacle Avoidance Using Super-Twisting Sliding Mode Controller and Observer.

نویسندگان English

Moein Doakhan 1
Mansour Kabganian 2
reza nadafi 3
Ali Kamali Eigoli 4
1 AUT Department of Mechanical Engineering
2 Professor, Mech Eng Dept, Amirkabir U
3 Institute of Space Science and Technology, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
4 Assistant Professor of Amirkabir University of Technology
چکیده English

Sliding mode control is one of the most common types robust control that can compensate the model structure and parametric uncertainties, but the main disadvantage of this method is chattering phenomenon. Although a boundary layer around the sliding surface can eliminate chattering effect, it reduces tracking performance and robustness in control. The second generation of sliding mode control called Second Order Sliding Modes (SOSM) is a solution to this problem. Super-Twisting Sliding Mode (STSM) is a modified SOSM control that reduces chattering effect naturally and without a defined boundary layer, while maintaining the robustness of the Conventional Sliding Mode (CSM) control. In this paper, the problem trajectory planning is solved in an environment with fixed obstacles by using firefly optimization algorithm and polynomial trajectories, then STSM control is designed for quadrotor in the presence of uncertainties to tracking path trajectory and the performance of this controller is compared against Feedback Linearization (FL) and CSM control. Also, derivative of some of the states calculates by using super-twisting observer in the closed loop control and stabilization while there is no direct access to them through the sensors.

کلیدواژه‌ها English

Quadrotor
Firefly algorithm
Super-Twisting Sliding Mode Control
observer