طراحی کنترل مود لغزشی فراپیچشی تطبیقی با سطح لغزشی بهبود یافته PID برای کنترل ردیابی پهپادهای بالدیس بدون سکان عمودی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

پهپادهای بالدیس بدون سکان عمودی نوعی پهپاد بال-ثابت بدون پایدارکننده‌های افقی و عمودی می‌باشند. به دلیل کوپلینگ شدید بین سطوح کنترلی کاهش‌یافته و مود طولی/عرضی، دینامیک بدرفتار، غیر کمینه فاز بودن مود عرضی، و حساسیت بالا به فرامین سطوح کنترلی، اغتشاشات و عدم قطعیت‌ها، مسئله کنترل مقاوم این دسته از پهپادها اهمیت بالایی دارد. روش مود لغزشی مرتبه دوم فراپیچشی از الگوریتم‌های کنترلی مقاوم به عدم قطعیت است که به‌ویژه در مدل‌های غیرخطی مورداستفاده قرار می‌گیرد. با ترکیب این کنترل‌کننده با روش‌های تطبیقی علیرغم نامعلوم بودن کران اغتشاشات، ضرایب بهره کنترلی بیش از حد تخمین زده نمی‌شوند. به‌علاوه سطح لغزشی استاندارد مبتنی بر خطای ردیابی، با افزودن ترم انتگرالی به فرم PID تعریف می‌شود که به افزایش دقت ردیابی کمک می‌کند. مقایسه روش پیشنهادی با شیوه کنترل مود لغزشی فراپیچشی غیرتطبیقی و تطبیقی ساده، نشان‌دهنده عملکرد مناسب روش پیشنهادی در ردیابی کانال طولی در حضور عدم قطعیت و اغتشاش است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Mátyás P, Máté N. Brief history of uav development. Repüléstudományi Közlemények. 2019;31(1):155–66.
[2] Valavanis KP, Vachtsevanos GJ. Handbook of unmanned aerial vehicles: Springer; 2015.
[3] Fahlstrom PG, Gleason TJ, Sadraey MH. Introduction to UAV systems: John Wiley & Sons; 2022.
[4] Bagheri S, Jafarov T, Freidovich L, Sepehri N, editors. Beneficially combining LQR and PID to control longitudinal dynamics of a SmartFly UAV. 7th IEMCON; 2016: IEEE.
[5] Ali SU, Samar R, Shah MZ, editors. UAV lateral path following: nonlinear sliding manifold for limited actuation. 2017 36th Chinese Control Conference (CCC); 2017: IEEE.
[6] Anh PTP, Vu N, Lai PT, Vinh NQ. Sliding mode based lateral control of unmanned aerial vehicles. Procedia Computer Science. 2019;150:78-87.
[7] Ma Z, Zhu X, Zhou Z. On-ground lateral direction control for an unswept flying-wing UAV. The Aeronautical Journal. 2019;123(1261):416-32.
[8] Von Eichel-Streiber J, Weber C, Rodrigo-Comino J, Altenburg J. Controller for a Low-Altitude Fixed-Wing UAV on an Embedded System to Assess Specific Environmental Conditions. International Journal of Aerospace Engineering. 2020.
[9] Wang Y, Zhu H, Zhao Z, Zhang C, Lan Y. Modeling, System Measurements and Controller Investigation of a Small Battery-Powered Fixed-Wing UAV. Machines. 2021;9(12):333.
[10] Shtessel Y, Taleb M, Plestan F. A novel adaptive-gain supertwisting sliding mode controller: Methodology and application. Automatica. 2012;48(5):759-69.
[11] Shtessel YB, Moreno JA, Plestan F, Fridman LM, Poznyak AS, editors. Super-twisting adaptive sliding mode control: A Lyapunov design. 49th IEEE conference on decision and control (CDC); 2010: IEEE.
[12] Mokhtari M, Taghizadeh M, Mazare M. Hybrid Active Force Control of Super-Twisting PID Sliding Mode Technique of a Lower Limb Exoskeleton. Modares Mechanical Engineering. 2019;19(12):2935-44.
[13] Bagheri S. Modeling, simulation and control system design for civil unmanned aerial vehicle (uav): Umea University; 2014.
[14] Beard RW, McLain TW. Small unmanned aircraft: Princeton university press; 2012.
[15] Titterton D, Weston JL, Weston J. Strapdown inertial navigation technology: IET; 2004.
[16] Roskam J. Airplane flight dynamics and automatic flight controls: DARcorporation; 1995.
[17] Ducard GJ. Fault-tolerant flight control and guidance systems: Practical methods for small unmanned aerial vehicles: Springer Science & Business Media; 2009.
[18] Greenwood DT. Advanced dynamics: Cambridge University Press; 2006.
[19] Cook M. Flight Dynamics Principles: A Linear Systems Approach to Aircraft Stability and Control: Butterworth-Heinemann; 2013.
[20] Zipfel P. Modeling and Simulation of Aerospace Vehicle Dynamics. Gainsville, Florida: American Institute of Aeronautics and Astronautics; 2007.
[21] Koruba Z, Ładyżyńska-Kozdraś E. The dynamic model of a combat target homing system of an unmanned aerial vehicle. Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2010;48(3):551-66.
[22] Dowell EH. A modern course in aeroelasticity: Springer Nature; 2021.
[23] Nelson RC. Flight stability and automatic control: WCB/McGraw Hill, New York; 1998.
[24] Rezazadeh Movahhed S, Hamed MA. Calculating Aerodynamic Coefficients of Fixed Wing Aircrafts Using DATCOM Software with Special Focus on Rudderless Flying-wing UAVs. The 21st International Conference of Iranian Aerospace Society; 2023.
[25] Rezazadeh Movahhed S, Hamed MA. Aerodynamic Coefficients Computation for Fixed Wing Aircrafts Using DATCOM Software with Emphasize on Rudderless Flying-Wing UAVs. Journal of Aerospace Science and Technology. 2024;17(1):60-71.
[26] McRuer DT, Graham D, Ashkenas I. Aircraft Dynamics and Automatic Control: Princeton University Press; 1972.
[27] Stevens BL, Lewis FL, Johnson EN. Aircraft control and simulation: dynamics, controls design, and autonomous systems: John Wiley & Sons; 2015.
[28] Etkin B, Reid L. Dynamics of Flight-Stability and Control, 3-th ed: John Wiley &Sons, Inc., New York; 1994.
[29] Hull DG. Fundamentals of airplane flight mechanics: Springer; 2007.
[30] Shtessel Y, Edwards C, Fridman L, Levant A. Sliding mode control and observation: Springer; 2014.
[31] Edwards C, Spurgeon S. Sliding mode control: theory and applications: Crc Press; 1998.