طراحي كنترل‌كننده‌ي مبتني بر مد لغزشي‌هاي مرتبه بالاي هوشمند براي كوادروتورها با هدف بهبود رديابي و كاهش مصرف انرژي

كارشناسي ارشد

چكيده در سال¬هاي اخير پرنده هاي بدون سرنشين در كاربردهاي نظامي و غير نظامي مورد توجـه زيـادي قرار گرفته اند. اينگونه وسايل پرنده به دليل كاهش هزينه ي توليد و نگهداري، طولاني تر بـودن مـدت پـرواز، كاهش احتمال شناسايي توسط رادار و كاهش خطـر بـراي خدمـه ي پـرواز، در انجـام مأموريـتهـاي نظـامي و در زمينه هاي غيرنظامي مانند عمليات امداد و نجات در سوانح، مـديريت خطـرات محيطي، كنترل ترافيك شهري و... در مقابل پرنده هاي سرنشين دار از مزيت بالاتري برخـوردار انـد. يكي از انواع اين پرنده هاي بدون سرنشين عمود پرواز،كوادروتورها هستند. تحقيقات در زمينه كوادروتورها با چالش هاي گوناگوني روبرو هست. بحث طراحي كنترل كننده جزو مباحث بسيار مهم و حياتي در زمينه كوادروتورها است. با توجه به اينكه ديناميك حاكم بر حركت كوادروتورها به شدت غير خطي است و از محيط پرواز نيز نيروهاي اغتشاشي مختلفي بر بدنه كوادروتور واراد مي شود براي انجام يك رديابي مسير دقيق و با سرعت مناسب طراحي كنترل كننده هاي خطي روش مناسبي نخواهد بود و بايد از روش هاي كنترلي غيرخطي استفاده نمود تا در برابر نيروهاي آشوبي و عدم قطعيت هاي مختلف مقاوم بوده و عملكرد مطلوبي ارائه نمايد. از جمله روش هاي كنترل غيرخطي مي توان به روش هايي نظير مد لغزشي و انواع آن، خطي سازي فيدبك، پسگام، تطبيقي اشاره نمود كه در تركيب با يكديگر نتايج بهتري نيز ارائه مي دهند. در ميان روش هاي اشاره شده روش مد لغزشي به خاطر ساده بودن فرايند طراحي از محبوبيت بيشتري برخوردار است. بحث انرژي از ديگر مباحث مهم اين حوزه از تحقيقات هست. از منظر كنترلي مصرف انرژي مرتبط با ورودي هاي كنترلي سيستم هست كه آن هم مرتبط با ضرايب كنترلي موجود در فرايند طراحي كنترل كننده است. تنظيم اين ضرايب كنترلي با استفاده از روش هاي هوشمند مانند روش هاي مبتني بر منطق فازي، شبكه هاي عصبي و محاسبات تكاملي موجب كاهش ورودي هاي كنترلي و در نتيجه كاهش مصرف انرژي خواهد شد كه در نتيجه موجب افزايش مدت زمان مانورپذيري كوادروتور در منبع تغذيه يكسان و كاهش حجم منبع تغديه براي يك مدت مشخص مي شود. استفاده از روش هاي مد لغزشي مرتبه بالا مانند روش مد لغزشي نهايي، مد لغزشي نهايي ناويژه و مدلغزشي واپيچشي نيز علاوه از بالا بردن دقت و سرعت رديابي موجب كاهش ورودي هاي كنترلي نسبت روش مد لغزشي معمولي مي شود. در اين پايان نامه ما يك روش كنترلي جديد مبتني بر مد لغزشي فراپيچشي مرتبه بالا و تركيب آن با روش هاي هوشمند سازي فازي-تطبيقي براي كوادروتورها طراحي نموده ايم كه دقت و سرعت رديابي را افزايش و مصرف انرژي را نسبت به روش هاي مورد استفاده در تحقيقات قبلي كاهش مي دهد. نتايج شبيه سازي نشان ميدهد عملكرد سيستم كنترلي طراحي شده بسيار مطلوب بود و نسبت به روش هاي مورد استفاده در تحقيقات قبلي كاهش چشمگيري در ميزان مصرف انرژي فراهم نموده و همچنين در زمان محدودي به حالت پايداري مي رسد. پايداري سيستم هاي كنترلي طراحي شده از طريق نظريه لياپانوف مورد اثبات قرار گرفته است. نتايج شبيه سازي به منظور ارزيابي با نتايج يكي از مقالات معتبر در زمينه كنترل كوادروتور مورد مقايسه قرار گرفته است كه بهبود نتايج را نشان مي دهد.

196486

دانشگاه علم و صنعت ايران

كامران دانشجو

طراحي كاربردي

اسماعيل خان ميرزا