طراحی کنترل کننده سطح پویایی تطبیقی برای هلیکوپتر دو روتوره بدون سرنشین در فضای سه بعدی

محورهای موضوعی : کنترل تطبیقی

امیررضا معدلی ¹ (کارشناس ارشد - شرکت نفت و گاز کارون /اهواز، ایران)
خوشنام شجاعی ² (استادیار دانشکده مهندسی برق - کنترل، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی،نجف آباد، اصفهان، ایران)
افشین اعتصامی ³ (مربی- دانشکده مهندسی برق، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، اصفهان، ایران)

تاریخ دریافت : 1394/03/12 تاریخ پذیرش : 1394/12/16 تاریخ انتشار : 1395/02/01

کلید واژه: کنترل غیر خطی, هلیکوپتر, کنترل غیر خطی گام به عقب, کنترل سطح پویایی دینامیکی,

چکیده مقاله :

در این مقاله، مسئله طراحی کنترل سیستم بالگرد دو روتوره بدون سرنشین، در فضای سه بعدی بدون حضور نامعینی بر اساس روش کنترل تطبیقی سطح دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. روش کنترل تطبیقی سطح دینامیکی مشکل انفجار پیچیدگی موجود در روش کنترل غیر خطی گام به عقب یا روش پسگام [45]، را با استفاده از فیلترهای مرتبه اول برطرف می کند. در ابتدا معادلات و توابع دینامیکی هلیکوپتر مورد بررسی قرار می‌گیرند. سپس مقایسه تکنیک کنترل سطح پویایی دینامیکی با تکنیک کنترل غیر خطی گام به عقب[45]، بررسی می گردد و در نهایت سیستم مذکور با هر دو روش کنترل سطح پویای تطبیقی و کنترل غیر خطی گام به عقب شبیه‌سازی می‌گردد. روش کنترل غیر خطی سطح پویایی دینامیکی تضمین می‌کند که تمامی سیگنالهای حلقه بسته به صورت مجانبی برای همه شرایط اولیه پایدار می‌باشند و همچنین با انتخاب پارامترهای طراحی مناسب می‌توان همگرایی خروجی‌های سیستم را به کرانی بسیار کوچک از اطراف صفر تضمین نمود. نتایج شبیه‌سازی ارائه شده، نشان دهنده کارایی شیوه کنترلی مفروض می‌باش

چکیده انگلیسی:

In this paper, the system control design problem twin rotors helicopters Unmanned Aerial Vehicles (UAV) in three dimensional space Without uncertainty based on the dynamic adaptive control is studied. the adaptive Dynamic surface control approach complexity explosion problem in non-linear control step back or backstepping method [45] using the First-order filters removed. The first helicopter dynamic equations and functions are examined. Then, the Dynamic surface control techniques by compare non-linear control technique back stepping [45] is checked and the system is simulation by both techniques adaptive Dynamic surface control and nonlinear control back stepping method. The proposed adaptive dynamics surface nonlinear control method approach is able to guarantees that all the signals in the closed-loop system are asymptotically stable for all initial conditions and you can also choose appropriate design parameters of the system output converges to a small neighborhood of origin ensured . Finally, simulation results are presented, showing the effectiveness of control methods are given.

منابع و مأخذ:

[1] L. Wang, "A course in fuzzy systems and control", 6^th Edition, KNTU Publications, Tehran, 2010 (In Persian: Translated by M. Teshnehlab et al.).

[2] A. Khaki-Sedigh, "Design and analysis of multivariable control systems", First Edition, KNTU Publications, Tehran, 2011 (In Persian).

[3] Y. AlYounes, M.A. Jarrah, “Attitude stabilization of Quadroto UAV using backstepping fuzzy logic & backstepping least-meansquare controllers”, Proceeding of the IEEE/ISMA, Amman, Jordan, pp. 27- 29, May 2008.

[4] B. Aloliwi, H.K. Khalil, “Robust adaptive output feedback control of nonlinear systems without persistence of excitation”, Automatica, Vol. 33, No.11, pp. 2025-2032, Nov. 1997.

[5] J.S. Brinker, K.A. Wise, “Stability and flying qualities robustness of a dynamic inversion aircraft control law”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 19, No. 6, pp. 1270–1277, 1996.

[6] E. Frazzoli, M.A. Dahleh, E. Feron, “Trajectory tracking control design for autonomous helicopters using a backstepping algorithm”, Proceeding of the IEEE/ACC, Vol. 6, pp. 4102- 4107, Cambridge, MA, USA, 2000.

[7] AI. Hiddabi, S.A, N.H. McClamroch, “Aggressive longitudinal aircraft trajectory tracking using nonlinear control”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 25, No.1, pp. 26-32, 2002.

[8] A. Isidori, L. Marconi, A. Serrani, “Robust nonlinear motion control of a helicopter”, IEEE Trans. on Automatic Control, Vol. 48, No. 3, pp. 413–426, 2003.    

[9] M. Krstic, I. Kanellakopoulos, P.V. Kokotovic, "Nonlinear and adaptive control design", John Wiley and Sons, NY, 1995.

[10] T. Madani, A. Benallegue, “Control of a quadrotor mini-helicopter via full state backstepping technique”, Proceeding of the IEEE/CDC, pp. 1515-1520, San Diego, CA, Dec. 2006.

[11] S. Ochi, H. Takano, Y. Baba, “Flight trajectory tracking system applied to inverse control for aerobatic maneuvers”, Inverse Problems in Engineering Mechanics, Elsevier Science Ltd., pp. 337-344, 2002.

[12] D. Swaroop, J.K. Hedrick, P.P. Yip, JC. Gerdes, “Dynamic surface control for a class of nonlinear systems,” IEEE Trans. on Automatic Control, Vol. 45, No. 10, pp. 1893–1899, 2000.

[13] S. Swaroop, J.K. Hedrick, P.P. Yip, “Adaptive dynamic surface control: a simplified algorithm for adaptive backsteping control of nonlinear systems”, Int. J. Control, Vol. 71, No. 5. pp. 959-979, 1998.

[14] S. Tong, Y. Li, Y. Xu, "Adaptive fuzzy fault–tolerant output feedback control of uncertain  nonlinear systems with actuator fault based on dynamic surface technique", Journal of the Franklin Institute, Vol. 35, pp. 1-17, 2013.

[15] L. Yitao, W. Spong, "An integrator backstepping controller for a standard helicopter", MSc. Thesis, Electrical and Computer Engineering Department, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2010.

[16] P. Castillo, R. Lozano, Alejandro E. Dzul, "Modelling and control of mini-flying machines", Springer-Verlag, London, 2005.

[17] H.K Khalil, "Nonlinear systems", Upper Saddle River, Prentice-Hall Inc., NJ, 2002