طراحی کنترل‌کننده هیبرید فازی – مد لغزشی فرا‌پیچش برای کلاس خاصی از دینامیک غیر‌‌خطی کوادروتور

طراحی کنترل‌کننده برای سیستم‌های غیر‌خطی چند ورودی چند خروجی مانند وسایل بدون سرنشین کوادروتور به دلیل کوپلاژ شدید بین متغیرهای حالت و معادلات دینامیکی به شدت غیرخطی آن همیشه یک موضوع چالش‌ برانگیز بوده است. علاوه بر این کوادروتور یک وسیله دینامیکی غیر‌خطی کم‌عملگر (چهار عملگر در مقابل شش درجه آزادی) است، به دلیل کم‌عملگر بودن وسیله برای داشتن حرکت در جهت افقی باید از ترکیب تغییرات در سرعت عملگرهای چهارگانه موجود استفاده کرد. بطوریکه با ایجاد زاویه بین صفحه فرضی کوادروتور و سطح افق می‌توان وسیله را وادار به حرکت در جهت طولی یا عرضی کرد. بنابراین در سیستم کنترل کوادروتور دو حلقه کنترلی تو‌در‌تو نیاز است. یک حلقه بیرونی برای تعیین زاویه مناسب وسیله نسبت به افق برای حرکتهای افقی و یک حلقه داخلی که وظیفه رساندن زاویه صفحه وسیله به این زاویه تعیین شده را دارد و بسته به زیاد یا کم بودن این زاویه، سرعت افقی وسیله زیاد یا کم میشود. در این مقاله تلاش شده که یک کنترل‌کننده غیر‌خطی هیبرید فازی‌‌مد لغزشی فراپیچش برای کنترل یک کوادروتور نمونه طراحی و از کنترل‌کننده فازی در حلقه بیرونی و از کنترل‌کننده مد لغزشی فراپیچش در حلقه داخلی استفاده شود. مزیت مهم این استراتژی این است که سرعت حرکت افقی وسیله را بهینه می‌کند. اگر فاصله از هدف زیاد باشد زاویه صفحه وسیله نیز زیاد و اگر فاصله کم شود این زاویه نیز کمتر می‌شود. در نتیجه وسیله با سرعت مطلوبی به هدف می‌رسد. نتایج شبیه‌سازی انجام شده موید این امر است.

Fuzzy Hybrid Super-Twisting Sliding Mode Controller Design for a Class of Non-linear Dynamics of a Quadrotor

Controller design for nonlinear multiinput, multioutput systems, such as unmanned quadrotor vehicles, has always been a challenging issue due to the strong interconnection between state variables and highly nonlinear dynamic equations. In addition, quadrotor is an underactuated nonlinear dynamic device. Due to being underactuated for moving in the horizontal direction, the combination of changes in the speed of the existing quadruple operators should be used. So that, by creating the angle between the quadrotor hypothetical plane and the horizon surface, the device can be forced to move in the longitudinal or transverse direction. Therefore, in the quadrotor control system, two nested control loops are required. An outer loop to determine the appropriate angle of the device relative to the horizon for horizontal movements and an inner loop that is required to angle of the device panel is equal to this angle. In this paper, a fuzzy hybrid supertwisting sliding mode nonlinear controller for controlling a sample quadrotor is designed. For this purpose, a fuzzy controller in the outer loop and a super twisting sliding mode controller in inner loop are used. An important advantage of this strategy is that it optimizes the horizontal speed of the device. If the distance from the target is too high, the angle of the device panel also increases, and if the distance is reduced, the angle also decreases. As a result, the device reaches the target with the desired speed. The performed simulation results confirmed this fact.