نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، استفاده از کنترل‌کننده PID جهت کنترل یک مدل از کوادروتور دارای دینامیک غیرخطی، مورد بررسی قرار می‌گیرد. در همین راستا، چهار روش متمایز جهت تنظیم پارامترهای این کنترلر مورد بررسی و مقایسه قرار می‌گیرد. این چهار تکنیک شامل تکنیک‌های برخط الگوریتم شبکه عصبی، استنتاج فازی و تکنیک‌های خارج خط الگوریتم بهینه‌سازی ژنتیک و تجمع ذرات می‌گردند. در پایان اما با توجه به نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی و نیز نتایج حاصل از مقایسه یک تابع هزینه پیش‌تعریف مربعی محاسبه شده در هریک از حالات استفاده از این تکنیک‌های تنظیم پارامترها در حضور یک اغتشاش نسبتاً بزرگ با دامنه و فرکانس انتخاب شده که در کل زمان شبیه‌سازی، سیستم را تحت تأثیر قرار می‌دهد، نشان داده می‌شود بطور کلی، رسته‌ی الگوریتم‌های برخط، به ویژه با وجود اغتشاش مذکور، از آن‌جا که ضرایب کنترلی سیستم حلقه-بسته را در هر گام زمانی از شبیه‌سازی عددی، به صورت لحظه‌ای بروزرسانی می‌کنند، عملکرد بهتری در کنترل دینامیک سیستم از خود نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

[1]         S. Gupte, P. I. T. Mohandas, and J. M. Conrad, “A survey of quadrotor unmanned aerial vehicles,” Conf. Proc. - IEEE SOUTHEASTCON, 2012, doi: 10.1109/SECon.2012.6196930.
[2]         S. Norouzi Ghazbi, Y. Aghli, M. Alimohammadi, and A. A. Akbari, “Quadrotors unmanned aerial vehicles: A review,” Int. J. Smart Sens. Intell. Syst., vol. 9, no. 1, pp. 309–333, 2016, doi: 10.21307/ijssis-2017-872.
[3]         Mana Ghanifar, Milad Kamzan, and Morteza Tayefi, “Coefficient Tuning of Quadrotor Feedback-linearization Controller by Different Intelligent Methods”, 20th International Conference of Iranian Aerospace, June 2022.
[4]         L. Li, L. Sun, and J. Jin, “Survey of advances in control algorithms of quadrotor unmanned aerial vehicle,” Int. Conf. Commun. Technol. Proceedings, ICCT, vol. 2016-Febru, pp. 107–111, 2016, doi: 10.1109/ICCT.2015.7399803.
[5]         J. Kim, S. A. Gadsden, and S. A. Wilkerson, “A Comprehensive Survey of Control Strategies for Autonomous Quadrotors,” arXiv, vol. 43, no. 1, pp. 3–16, 2020, doi: 10.1109/CJECE.2019.2920938.
[6]        کاظمی, حمید, الهیان, سمانه. (1399). توسعة پهپادهای غیرنظامی در ایران و چالش‌های پیش روی آن. فناوری در مهندسی هوافضا, 4(2), 64-45.
[7]         N. S. Özbek, M. Önkol, and M. Ö. Efe, “Feedback control strategies for quadrotor-type aerial robots: A survey,” Trans. Inst. Meas. Control, vol. 38, no. 5, pp. 529–554, 2015, doi: 10.1177/0142331215608427.
[8]         A. Zulu and S. John, “A Review of Control Algorithms,” Library (Lond)., no. December, pp. 547–556, 2009, doi: http://dx.doi.org/10.4236/ojapps.2014.414053.
[9]         Y. Li and S. Song, “A survey of control algorithms for quadrotor unmanned helicopter,” 2012 IEEE 5th Int. Conf. Adv. Comput. Intell. ICACI 2012, pp. 365–369, 2012, doi: 10.1109/ICACI.2012.6463187.
[10]       H. Mo and G. Farid, “Nonlinear and Adaptive Intelligent Control Techniques for Quadrotor UAV – A Survey,” Asian J. Control, vol. 21, no. 2, pp. 989–1008, 2019, doi: 10.1002/asjc.1758.
[11]       R. Fessi and S. Bouallègue, “Modeling and Optimal LQG Controller Design for a Quadrotor UAV,” 3rd Int. Conf. Autom. Control. Eng. Comput. Sci., pp. 264–270, 2016.
[12]       B. T. Whitehead and S. R. Bieniawskiy, “Model Reference Adaptive Control of a quadrotor UAV,” AIAA Guid. Navig. Control Conf., no. August, 2010, doi: 10.2514/6.2010-8148.
[13]       G. V. Raffo, M. G. Ortega, and F. R. Rubio, MPC with Nonlinear ℋ∞ Control for Path Tracking of a Quad-Rotor Helicopter, vol. 41, no. 2. IFAC, 2008.
[14]       C. Nicol, C. J. B. MacNab, and A. Ramirez-Serrano, “Robust adaptive control of a quadrotor helicopter,” Mechatronics, vol. 21, no. 6, pp. 927–938, 2011, doi: 10.1016/j.mechatronics.2011.02.007.
[15]       M. K. Shaik and J. F. Whidborne, “Robust sliding mode control of a quadrotor,” 2016 UKACC Int. Conf. Control. UKACC Control 2016, 2016, doi: 10.1109/CONTROL.2016.7737529.
[16]       M. Santos, V. López, and F. Morata, “Intelligent fuzzy controller of a quadrotor,” Proc. 2010 IEEE Int. Conf. Intell. Syst. Knowl. Eng. ISKE 2010, pp. 141–146, 2010, doi: 10.1109/ISKE.2010.5680812.
[17]       M. Zareb, R. Ayad, and W. Nouibat, “Fuzzy-PID hybrid control system to navigate an autonomous Mini-Quadrotor,” 2013 3rd Int. Conf. Syst. Control. ICSC 2013, pp. 906–913, 2013, doi: 10.1109/ICoSC.2013.6750965.
[18]       J. Gomez-Avila, C. Lopez-Franco, A. Y. Alanis, and N. Arana-Daniel, “Control of Quadrotor using a Neural Network based PID,” 2018 IEEE Lat. Am. Conf. Comput. Intell. LA-CCI 2018, no. 1, 2019, doi: 10.1109/LA-CCI.2018.8625222.
[19]       A. Alkamachi and E. Erçelebi, “Modelling and Genetic Algorithm Based-PID Control of H-Shaped Racing Quadcopter,” Arab. J. Sci. Eng., vol. 42, no. 7, pp. 2777–2786, 2017, doi: 10.1007/s13369-017-2433-2.
[20]       A. Noordin, M. A. M. Basri, Z. Mohamed, and A. F. Z. Abidin, “Modelling and PSO fine-tuned PID control of quadrotor UAV,” Int. J. Adv. Sci. Eng. Inf. Technol., vol. 7, no. 4, pp. 1367–1373, 2017, doi: 10.18517/ijaseit.7.4.3141.
[21]       S. (PhD T. Bouabdallah, “design and control of quadrotors with application to autonomous flying Samir BOUABDALLAH THÈSE N O 3727 (2007),” vol. 3727, 2007.