کنترل آبشاری ارتفاع ربات بال‌زن با بال‌های دوتکه و آیرودینامیک شبه‌پایا

در این مقاله، هدف، پایدارسازی پرواز برای کنترل ارتفاع ربات بال‌زن در مقیاس متوسط با بال‌های دوتکه می‌باشد. برای این منظور، ابتدا مدلسازی دینامیکی با استفاده از دینامیک بدن چندجسمی، که شامل بخش‌های « دو بال دو تکه‌ای، بدنه و دم» است، انجام می‌شود. برای بدست‌آوردن معادلات حرکت از معادلات لاگرانژ و برای بال‌زدن از مکانیزم کمپف استفاده شده‌است. این مکانیزم که الهام‌گرفته‌شده از بال پرندگان است، بال‌های داخلی و خارجی را به صورت غیرهم فاز به حرکت در می‌آورد. مدل آیرودینامیکی به کمک فرضیه مقاطع بال استخراج می‌‌شود که در آن هر بال به دوازده مقطع، با درنظرگرفتن تمایز بال داخلی و خارجی، تقسیم می‌شود. نیروهای حاصل از حرکت هر مقطع بر حسب فرکانس بال‌زدن و سرعت پرواز به صورت مجزا بدست می‌آید. با ترکیب این نیروها و لحاظ‌کردن زاویه‌ی مسیر و زاویه‌ی حمله موثر، نیروهای آیرودینامیکی کل بال در راستای افقی و عمودی در هرگام زمانی حاصل می‌شود. با ادغام مدل آیرودینامیکی با مدل دینامیکی، مدل غیرخطی متناوب ربات بدست می‌آید. با توجه به تاثیر زاویه‌ی پیچ بدنه بر ارتفاع پرواز، از کنترل آبشاری برای کنترل زوایای پیچ بدنه و پیچ دم ربات در حلقه‌های داخلی، و کنترل ارتفاع در حلقه‌ی خارجی استفاده شد‌ه است. برای کنترل عملکرد حلقه‌ها از کنترل تناسبی- مشتقی- انتگرالی بهره برده شده که منجر به ایجاد پرواز پایدار در ارتفاع مطلوب شده‌است.

altitude cascade control of an avian-like flapping robot considering articulated wings and quasi-steady

this paper intends to stabilize the flight of an avian-scale flapping robot with articulated. modeling has been performed using multibody dynamics, considering a tail.  the equations of motion have been derived from lagrange equations. kampf mechanism, inspired by the birds, is used to drive the inner and outer wings with a phase shift. the aerodynamic model has been obtained from applying the blade element theory to the wings divided into twelve elements, considering the inner and outer wing distinction. the aerodynamic forces emerging from the movement of wing elements, in terms of flapping frequency and flight speed, are determined separately. regarding the flight path angle and effective angle of attack, aerodynamic forces of the entire wings have been achieved in horizontal and vertical axes. the coupling of aerodynamic and dynamic completes the nonlinear time-periodic equations. due to the impact of the fuselage pitch angle on the flight altitude, the cascade control was used to control fuselage and tail pitch angles in inner loops and altitude in the outer one. proportional-derivative-integral control has been used to control the performance of the loops, the coefficients of which have been optimally designed