طراحی و شبیه‌سازی کنترل‌کننده مود لغزشی پسگام انتگرالی و فیلتر کالمنبوسی تعمیم‌یافته برای کوادروتور

در این مقاله کنترل مود لغزشی پسگام انتگرالی به همراه فیلتر کالمنبوسی تعمیم‌یافته برای کنترل و تخمین حالت‌های پهپاد (کوادروتور) ارائه‌‌شده است. در سیستم کوادروتور اثرات آئرودینامیکی بر روی دینامیک سیستم موردتوجه قرارگرفته و معادلات دینامیکی توسط روش نیوتناویلر استخراج‌ گردیده است. رفتار کوادروتور که تحت تاثیر نیروها و ممان‌های آئرودینامیکی قرار دارد، غیرخطی است، اما کنترل مودلغزشی پسگام انتگرالی به‌خوبی توانسته سیستم دینامیکی را بدون در نظر گرفتن نویز سیستم و نویز اندازه‌گیری و با فرض وجود همه حالت‌های دینامیکی به پایداری برساند. نویز در سیستم‌های دینامیکی غیرقابل‌اغماض بوده و همچنین اندازه‌گیری همه حالت‌های سیستم در عمل بسیار پیچیده و گران است، فیلتر کالمنبوسی توسعه‌یافته در ساختار کنترلی به‌عنوان رویت‌گر حالت‌های سیستم و برای حذف نویز در این حالت‌ها به کار می‌رود. به همین علت استفاده هم‌زمان از کنترل‌کننده–رویت‌گر برای کنترل و تخمین حالت‌های کوادروتور پیشنهادشده است. شبیه‌سازی عددی نشان‌دهنده عملکرد خوب کنترل‌کنندهرویت‌گر پیشنهادی است، به‌گونه‌ای که آن‌ها به‌خوبی توانسته‌اند هم حالت‌های غیرقابل‌اندازه‌گیری سیستم را تخمین زده و بر نویزهای سیستم و اندازه‌گیری غلبه کند و هم سیستم را به موقعیت موردنظر طراح برساند.

Design and Simulation of the integral backstepping sliding mode control and extended KalmanBucy filter for quadrotor

In this paper, the integral backstepping sliding mode (IBSM) control with the extended KalmanBucy filter (EKBF) to control and state estimation of unmanned aerial vehicles (quadrotor) is provided. In the quadrotor system, the aerodynamic effects of the‏ dynamics of a system are considered, and dynamical equations are derived by the NewtonEuler method. Quadrotor’s behavior, which is affected by forces and aerodynamic moments is nonlinear, but the integral backstepping sliding mode control has been able to stabilize the system dynamically, without considering the system and measurement noises and assuming all the dynamic states of the system. Noise is immaterial in dynamic systems, and the measurement of all systems states in practice is very complex and expensive; for this purpose, the EKBF in the control structure is used as observer states of the system and noise reduction in these modes. Therefore, simultaneous use of the controllerobserver is suggested for controlling and estimating quadrature states. The numerical simulation demonstrates the good performance of the proposed controllerobserver so that they were able to estimate both the system’s unobservable state and overcome system and measurement noise.