کنترلگر ردیاب مسیر برای یک ربات پرنده چهارپره با رویکرد جایابی قطب‌های معادلات دینامیکی خطا برمبنای تحقق دیفومورفیزم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه تهران، دانشکده علوم و فنون نوین، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه تهران، دانشکده علوم و فنون نوین، تهران، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی برق کنترل، دانشگاه تهران، پردیس فنی- دانشکده برق و کامپیوتر، تهران، ایران

چکیده

علاقه در بکارگیری ربات­های پرنده بویژه ربات پرنده چهارپره در دهه­های اخیر به شدت رو به افزایش است. از آنجایی که ربات پرنده چهارپره قادر به برخاست و نشست عمودی می­باشد، به طور گسترده در هر ماموریتی که حضور انسان در آنجا خطرناک است یا زمان حائز اهمیت است مورد استفاده قرار می­گیرد. این پژوهش در ارتباط با طراحی یک کنترلر ردیاب برای ربات پرنده چهارپره با رویکرد جایابی قطب­های معادلات دینامیکی خطا برمبنای تحقق دیفومورفیزم می­باشد. برای این منظور، پس از مدل­سازی دینامیکی ربات پرنده­ی چهارپره توسط رابطه­ی نیوتن- اویلر، فرم فضای حالت معادلات نهایی سیستم و همچنین سیگنال­های کنترل استخراج می­گردد. از آنجایی که خروجی باید قادر باشد خروجی مرجع هموار خود را به صورت مجانبی ردیابی کند، استراتژی پیشنهادی در این پژوهش انتقال معادلات حالت سیستم به فضای ورودی- خروجی می­باشد. لذا در ابتدا کنترل­پذیری خروجی سیستم و سپس تحقق دیفومورفیزم بین دو فضای حالت اصلی و فضای تبدیل یافته­ بررسی می­گردد. سپس با فرض عدم وجود جمله نامعینی و حضور آنها، یک طراحی جایابی قطب پیشنهاد می­گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     یراقی م.، تحلیل دینامیک، مانورپذیری و کنترل پرواز کوادروتور. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.
[2]     نمیرانیان ر.، شبیه سازی و کنترل ربات پرنده­ی چهارموتوره. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه سیستان و بلوچستان، 1391.
[3]     Leishman G.J., Principles of helicopter aerodynamics with CD extra. Cambridge university press, 2006.
[4]     Stoff J., The Historic Aircraft and Spacecraft in the Cradle of Aviation Museum. Courier Dover Publications, 2001.
[5]     Mistler V., Benallegue A. and M'sirdi N.K., Exact linearization and noninteracting control of a 4 rotors helicopter via dynamic feedback. In Robot and Human Interactive Communication, Paris, France, 2001.
[6]     Mokhtari  A. and Abdelaziz Benallegue A., Dynamic feedback controller of Euler angles and wind parameters estimation for a quadrotor unmanned aerial vehicle. In IEEE Robotics and Automation, New Orleans, USA, 2004.
[7]     Mokhtari A., Benallegue A. and Daachi B., Robust feedback linearization and GH∞ controller for a quadrotor unmanned aerial vehicle. In Intelligent Robots and Systems, Edmonton, Canada, 2005.  
[8]     Benallegue A., Mokhtari A. and Fridman L., Feedback linearization and high order sliding mode observer for a quadrotor UAV. In Variable Structure Systems, Alghero, Italy, 2006.  
[9]     Madani T. and Abdelaziz Benallegue A., Backstepping control for a quadrotor helicopter. In IEEE Intelligent Robots and Systems, Beijing, China, 2006.
[10] Madani T. and Benallegue A., Backstepping sliding mode control applied to a miniature quadrotor flying robot. In IEEE Industrial Electronics, Paris, France,  2006.
[11] Madani T. and Benallegue A., Control of a quadrotor mini-helicopter via full state backstepping technique. In Decision and Control, San Diego, USA, 2006.
[12] Pounds P., Mahony R., Hynes P. and Roberts J., Design of a four-rotor aerial robot. In Australasian Conference on Robotics and Automation, Auckland, New Zealand, 2002.
[13] Hamel T., Mahony R., Lozano R. and Ostrowski J., Dynamic Modeling and Configuration Stabilization for an X4-Flyer. In IFAC 15th Triennial World Congre Barcelona, Spain, 2002.
[14] Altug E., Ostrowski J.P. and Mahony R., Control of a quadrotor helicopter using visual feedback. In Robotics and Automation, Washington, DC, USA, 2002.  
[15] Pounds P., Mahony R., Gresham J., Corke P. and Roberts J., Towards dynamically-favourable quad-rotor aerial robots. In Proceedings of the 2004 Australasian Conference on Robotics & Automation, , Canberal, Australia, 2004.  
[16] Castillo P., Dzul A. and Lozano R., Real-time stabilization and tracking of a four-rotor mini rotorcraft., IEEE Transactions on Control Systems Technology,  Vol. 12, No. 4, 2004.
[17] Bouabdallah S., Murrieri P. and Siegwart R., Design and control of an indoor micro quadrotor. In Robotics and Automation, New Orleans, USA, 2004.  
[18] Chamseddine A., Theilliol D., Zhang Y.M., Join C. and Rabbath C.A., Active fault‐tolerant control system design with trajectory re‐planning against actuator faults and saturation: Application to a quadrotor unmanned aerial vehicle.  International Journal of Adaptive Control and Signal Processing 29, No.1, pp.1-23, 2015.
[19] Navabi M. and Mirzaei H., Dynamic Modeling and Nonlinear Adaptive Control of Mesicopter Flight. Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 5, pp. 1-12, 2015.
[20] Nicol C., Macnab J.B. and Ramirez-Serrano A.,  Robust adaptive control of a quadrotor helicopter. Mechatronics, Vol. 21, No. 6 , pp. 927-938, 2011.