طراحی کنترل‌کننده ترکیبی برای ردیابی مسیر یک کوادروتور با وجود اغتشاش نامعین

در این پژوهش یک روش کنترل غیرخطی جدید همراه با شبیه‌سازی برای کوادروتور ارائه می‌شود. معادلات دینامیکی پرنده بصورت یک جسم با شش درجه آزادی بر اساس معادلات نیوتناویلر، بصورت کامل و بدون ساده‌سازی و همراه با اغتشاش خارجی نامعین در نظر گرفته‌شده‌است. با توجه به کم‌عملگر بودن پرنده و کوپل دینامیک آن، یک الگوریتم کنترل غیرخطی با ترکیب روش کنترلی گام به عقب انتگرال‌گیر و روش مود لغزشی برای پایداری وضعیت پرنده و دنبال کردن مسیر مطلوب توسط آن، طراحی می‌شود. کنترل‌کننده‌های طراحی شده براساس کنترل سلسله مراتبی برای کنترل حرکات چرخشی و حرکات انتقالی پرنده استفاده می‌شوند، ضمن این‌که پایداری آن‌ها توسط تئوری لیاپانوف اثبات می‌شود. با استفاده از کنترل‌کننده پیشنهادی، می‌توان از وقوع پدیده چترینگ و همچنین ورودی کنترلی ناپیوسته که در روش کنترلی مود لغزشی رخ می‌دهد، اجتناب کرد. عملکرد کنترل‌کننده ارائه شده در این تحقیق توسط شبیهسازی تحت سناریوهای مختلف تایید می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که روش پیشنهادی نسبت به کنترل‌کننده pid نه‌تنها عملکرد بهتری در ردیابی مسیر از خود نشان می‌دهد بلکه در مواجهه با اغتشاش خارجی نامعین، مقاوم‌تر است.

Design of hybrid control system for path tracking of a quadrotor subject to uncertain disturbances

In this research, a novel nonlinear control strategy along with its simulation for a quadrotor helicopter is proposed. In the present work, a sixDOF dynamic equations of the quadrotor system subjected to unknown external disturbances based on the NewtonEuler equations is developed completely and without any simplification. Considering the underactuated and strongly coupled characteristics of quadrotor helicopter, a nonlinear control method is designed using integral backstepping combined with the sliding mode control (integral BSSMC) to stabilize the qudrotor attitude and to tracking the desired trajectory. The designed controllers based on the hierarchical control scheme can be used to control the rotational and translational movements and their stability are validated by the Lyapunov stability theorem. Using the proposed controller, the chattering phenomenon and discontinuousness of the control inputs faced by traditional sliding mode control (SMC) can be avoided. The feasibility and performance of the presented control approach is verified by the simulations under different scenarios. The results show that the proposed nonlinear control method not only has a better tracking performance than PID controller, but also has a higher robustness when unknown disturbances occur.