نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فناوریهای نوین و مهندسی هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 دانشیار دانشکده فناوری های نوین و هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی برق- کنترل، دانشکده فنی مهندسی ، دانشگاه قم، قم، ایران

چکیده

این مقاله باهدف کنترل پرواز گروهی بالگردهای بدون سرنشین تدوین شده است. متدولوژی حل شامل مدل‌سازی دینامیکی بالگرد، طراحی کنترل‌کننده و درنهایت طراحی کنترل شکل‌دهی است. پس از ارائه معادلات دینامیکی حاکم بر پرنده با استفاده از روش نیوتن اویلر به دلیل معماری ساده و توانایی جداسازی سیستم‌های چند متغیره غیرخطی برای کنترل موقعیت و وضعیت، کنترل وارون دینامیک بالگردها اعمال شده است، همچنین کنترل پیش‌بین توسعه‌یافته نیز برای کنترل موقعیت و وضعیت بالگرد بکار رفت و نتایج حاصل از شبیه‌سازی این دو کنترلر با هم مقایسه شد که نشان از عملکرد بهتر کنترل پیش‌بین داشت. ازاین‌رو در طراحی کنترل شکل‌دهی، کنترل مستقل بالگردها به روش پیش‌بین انجام شد. به‌منظور کنترل شکل‌دهی نیز از روش مبتنی بر مدل پیرو پیشرو استفاده شده است. برای کنترل دینامیک خطای شکل‌دهی نیز کنترل‌کننده‌ی مد لغزشی انتگرالی بکار رفته است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی موفقیت ردیابی با افزایش تعداد بالگردها و در مسیر خطی و مارپیچ را در فرمان‌های کنترلی را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

[1] V. P. K. C. Wang and F. Y. Hadaegh, “Coordination and control of multiple microspacecraft moving in formation,” J. Astronaut. Sci. 44(3), 315–355 (1996).
[2] V. Kapila, A. G. Sparks, J. M. Buffington and Q. Yan, “Spacecraft formation flying: Dynamics and control,” J. Guid. Control Dyn. 23, 561–564, May–Jun. (2000).
[3] Wang, B., and et al. "Formation Flight of-1unmanned Rotorcraft Based on Robust a Perfect Tracking Approach”, American Control Conference (ACC), IEEE, 2012.
[4] M. R. Anderson and A. C. Robbins, “Formation Flight as a Cooperative Game,” Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conferences, AIAA-984124, Boston, MA (1998) pp. 244–251.
[5] P. McDowell, J. Chen and B. Bourgeois, “UUV Teams, Control from a Biological Perspective,” Proceedings of the IEEE Oceans Conference Record, Mississippi (2002) 1, pp. 331– 337.
[6] M. A. Lewis and K.-H. Tan, “High precision formation control of mobile robots using virtual structures,” Auton. Robots 4, 387–403 (1997).
[7] Habibi Totekani, M., Toloei, A., Ghasemi, R., & Ghaderi, F. (2023). Formation control of multi-Quadrotor using leader-follower Method Based on Sliding Mode. Aerospace Knowledge and Technology Journal, 12(1).
[8] Manouchehri, P., Ghasemi, R., & Toloei, A. (2020). Distributed fuzzy adaptive sliding mode formation for nonlinear multi-quadrotor systems. International Journal of Engineering, 33(5), 798-804.
[9] Saffarian, M. and F. Fahimi. A novel leader-follower framework for control of helicopter formation. in 2007 IEEE Aerospace Conference. 2007. IEEE.
[10] Fahimi, F., Full formation control for autonomous helicopter groups. Robotica, 2008. 26(2): p. 143.
[11] Wang, Z., Y. He, and J. Han. Multi-unmanned helicopter formation control on relative dynamics. in 2009 International Conference on Mechatronics and Automation. 2009. IEEE
[12] Wang, D., Q. Zong, and B. Zhang. Distributed adaptive finite-time formation control of multiple UAV helicopter system. in 2018 37th Chinese Control Conference (CCC). 2018. IEEE
[13] B. Mettler, Identification Modeling and Characteristics of Miniature Rotorcraft. Norwell, MA: Kluwer, 2003
[14] J. Gadewadikar, F. Lewis, K. Subbarao, and B. Chen, “Structured command and control loop design for unmanned helicopters,” J. Guid., Control, Dyn., vol. 31, pp. 1093–1102, 2008
[15] A. Budiyonoa and S. Wibowob, “Optimal tracking controller design for a smallscale helicopter,” J. Bionic Eng., vol. 4, no. 4, pp. 271–280, 2007.
[16] J. Shin, K. Nonami, D. Fujiwara, and K. Hazawa, “Model-based optimal attitude and positioning control of small-scale unmanned helicopter,” Robotica, vol. 23, pp. 51–63, 2005.
[17] Alvarenga, J., Vitzilaios, N. I., Valavanis, K. P., & Rutherford, M. J. (2015). Survey of unmanned helicopter model-based navigation and control techniques. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 80(1), 87-138.
[18] B. Mettler, M. B. Tischler, & T. Kanade, “System identification of small-size unmanned helicopter dynamics, “In Annual Forum Proceedings- American Helicopter Society, Vol. 2, pp. 1706-1717, 1999.
[19] I. A., Raptis, & K. P. Valavanis, “Linear and nonlinear control of small-scale unmanned helicopters,” Vol. 1, Netherlands: Springer, 2011.
[20] M. Lungu, “Sisteme de Conducere a Zborului. Effretikon”, Switzerland: Sitech Publisher, 2008.
[21] Guillaume J.J. Ducard, “Fault-tolerant Flight Control and Guidance Systems”, Department of Mechanical and Process Engineering, 2009.
[22] E.F. Camacho & C. Bordons, “Model Predictive Control”, First Edition, Springer, New York, 1998.
[23] T. Oktay, & C.  Sultan, “Constrained predictive control of helicopters”, Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 2013.