پایدارسازی زاویه‌ای کوادروتور با استفاده از کنترل‌کننده فازی تطبیقی تناسبی-انتگرالی-مشتقی

کوادروتور یک ربات پرنده بدون سرنشین از دسته پهپادهای چندملخه است که قابلیت مانورپذیری بسیار بالا، نشست و برخاست عمودی و پرواز ساکن در هوا را دارا می‌باشد. با این حال، دینامیک غیرخطی و زیر‌تحریک کوادروتور نیازمند کنترل‌کننده‌های پیشرفته‌تری برای غلبه بر اغتشاش‌های خارجی، حفظ تعادل و ردیابی دقیق مسیر پرواز است. در اغلب کاربردها، سیستم دینامیکی کوادروتور در معرض نیروهای اغتشاشی ناشی از وزش باد و نامتوازنی وزن یا اینرسی ناشی از حمل بار است. برای حفظ تعادل و تثبیت موقعیت، پایدارسازی زاویه‌ای کوادروتور در حضور نیروهای اغتشاشی و نامتوازنی‌ها ضروری است. استفاده از کنترل‌کننده‌های سنتی با بهره‌های کنترلی ثابت برای حذف اغتشاش‌های متغیری که در شرایط متفاوت به سیستم دینامیکی کوادروتور وارد می‌شوند چندان کارآمد نیست. در مقاله حاضر یک کنترل‌کننده فازی تطبیقی تناسبی-انتگرالی-مشتقی برای پایدارسازی زاویه‌ای کوادروتور طراحی شده که در آن بهره‌های کنترلی بر مبنای عملکرد قانون تطبیق و سیستم فازی به طور پیوسته تنظیم می‌شوند. عملکرد کنترل‌کننده طراحی شده در شبیه‌سازی یک آزمون غلبه بر نامتوازنی وزنی بررسی و با کنترل‌کننده سنتی تناسبی-انتگرالی-مشتقی مقایسه شده است. همچنین عملکرد کنترل‌کننده طراحی شده با استفاده از یک استند آزمایشگاهی سه درجه آزادی در یک آزمون تجربی به روش سخت‌افزار در حلقه مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است.

Attitude Stabilization of Quadrotor Using Adaptive Fuzzy Proportional Integral Derivative Controller

Quadrotor is an unmanned aerial robot from multirotor drones group that has high maneuverability, vertical takeoff, and landing and stationary flight capabilities. In the most practical applications, the quadrotor system is subjected to external disturbance forces due to wind and unbalanced weight or inertia of the payload. To maintain balance and hold the position, attitude stabilization of the quadrotor is necessary for the presence of disturbances and unbalanced forces. Using conventional controllers with constant gains is not very efficient to eliminate variable disturbances that affect quadrotor motion in different conditions. In this paper, an adaptive fuzzy proportional integral derivative controller is designed for quadrotor attitude stabilization in which controller gains are regulated continuously based on the adaptive laws and the fuzzy inference system. The performance of the proposed controller is examined in the disturbance rejection test and is compared to the conventional proportional integral derivative controller. Also, the performance of the proposed controller is approved by hardware in the loop experimental tests using a 3 degree of freedom pilot platform. The experimental results will show the effectiveness of the adaptive fuzzy proportional integral derivative controller compared with the conventional proportional integral derivative controller.