مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کنترل به روش خطی سازی پسخوراند و بک استپینگ برای یک عمودپرواز پنج- ملخه با ساختار جدید

نویسندگان
1 دانشجوی دانشگاه تهران
2 هیات علمی دانشگاه تهران
3 استادیار دانشگاه تهران
چکیده
در این مقاله یک عمودپرواز بدون سرنشین با پیکربندی جدید بطور کامل مدلسازی و دو سیستم کنترل غیرخطی با هدف تعقیب مسیر، برای آن طراحی و مقایسه شده است. امروزه کوادروتورها به دلیل ساختار مکانیکی ساده و قابلیت مانوردهی بالا، یکی از پراستفاده‌ترین پرنده‌های بدون سرنشین هستند ولی به دلیل ظرفیت حمل بار پایین، در برخی کاربردهای عملیاتی با محدودیت مواجه می‌باشند. در مدل پیشنهادی که دارای نوآوری بوده با اضافه شدن یک ملخ به مرکز کوادروتور، ظرفیت حمل بار آن بهبود یافته است. مدلسازی دینامیکی پرنده به روش نیوتن- اویلر انجام شده و معادلات بدست آمده غیرخطی، زیرتحریک ، جفت شده و به شدت ناپایدار می‌باشند، لذا برای حرکت پرنده بطور دلخواه، بایستی سیستم کنترلی مناسب طراحی گردد. دو نوع کنترل‌کننده برای پرنده ارائه شده است، یکی به روش خطی‌سازی پسخوراند ورودی- خروجی که شامل مشتق‌گیری مرتبه بالای خروجی بوده و نسبت به دینامیک‌های مدل نشده و نویز حسگرها حساس می‌باشد و دیگری به روش بک‌استپینگ و با استفاده از رویکرد کنترل آبشاری که برای ویژگی زیرتحریک بودن پرنده مناسب بوده و دارای حجم محاسبات پایینی می‌‌باشد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که سیستم کنترلی طراحی‌شده به روش بک‌استپینگ عملکرد مطلوبی در پایدارسازی پرنده و تعقیب مسیر مرجع داشته و در برابر دینامیک‌های مدل‌نشده و اغتشاش مقاوم می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Feedback Linearization and BackStepping controller aimed at position tracking for a novel five-rotor UAV

نویسندگان English

Mohammad Ali Tofigh 1
Mohammad Mahjoob 2
Seyed Mousa Ayati 3
چکیده English

In this paper, modeling and tow type of nonlinear controller for trajectory tracking of a novel five-rotor UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is developed. Because of the very simple structure and high maneuverability, quadrotors are one of the most preferred types of UAVs but the main problem of them is their small payload. In the proposed novel model, one propeller is added to the center of vehicle to improve the ability of lifting heavier payloads, and to excel anti-crosswind capability of quadrotor. The dynamic model is obtained via Newton Euler approach. The model is under actuated, nonlinear, and has strongly coupled terms. Also, two types of nonlinear controllers are presented. First one is a conventional input-output feedback linearization controller which involves high-order derivative terms and turns out to be quite sensitive to sensor noise as well as modeling uncertainty. Second controller is a BackStepping controller based on the hierarchical control strategy that yields easier controller. The obtained simulation results confirm that the performance of BackStepping controller is convenient in terms of stability, position tracking and it is robust in presence of disturbance.

کلیدواژه‌ها English

Unmanned Aerial Vehicle
five-rotor aircraft
modified quadrotor
Feedback linearization
backstepping controller