طراحي كنترل كننده توزيع شده براي يك سامانه چند عاملي كوادكوپترهاي حامل صفحه صلب آويزان و بررسي سقوط بار بر روي آن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

با توجه به كاربردهاي گسترده كوادكوپترها، استفاده از اين پرنده‌هاي بي‌سرنشين در سال‌هاي اخير افزايش يافته و پژوهش‌هاي متعددي در اين زمينه صورت گرفته است. يكي از شاخه‌هاي پژوهشي مرتبط با كوادكوپترها، بررسي همكاري بين اين وسابل در قالب يك سامانه چندعاملي است. اين پژوهش نيز به طراحي و كنترل سامانه‌اي متشكل از چند كوادكوپتر و يك صفحه صلب بار مي‌پردازد كه توسط كابل‌هايي به مركز جرم كوادكوپترها متصل شده است. هدف اصلي اين سامانه، كنترل نيروي ناشي از ضربه جسم صلبي است كه به سطح صفحه بار برخورد مي‌كند. ابتدا مدل‌سازي سينماتيكي و ديناميكي سامانه انجام شده است. سامانه به دو بخش اصلي تقسيم مي‌شود: عامل‌هاي حامل شامل كابل و كوادكوپترها و عامل بار كه تنها شامل صفحه بار است. اين تفكيك، انعطاف‌پذيري و مقياس‌پذيري سامانه را افزايش مي‌دهد و به اين ترتيب مي‌توان بدون افزايش پيچيدگي‌هاي ديناميكي و سينماتيكي، تعداد عامل‌هاي حامل را كم يا زياد كرد. براي مدل‌سازي عامل حامل، از روش نيوتن-اويلر استفاده شده است كه در تحليل ديناميكي سامانه‌هاي چندجسمي كاربرد دارد. در اين مدل‌سازي، رفتار ديناميكي كابل و كوادكوپترها به صورت يكپارچه بررسي شده است. براي مدل‌سازي ضربه وارد بر صفحه بار، از روش ناهموار استفاده شده است كه توانايي مدل‌سازي رويدادهاي ناگهاني مانند ضربه را افزايش مي‌دهد. همچنين، قانون پايستاري تكانه براي محاسبه نيروي ناشي از ضربه به كار گرفته شده است. نيروي حاصل از ضربه، سه‌بعدي بوده و در سه جهت مختلف بر عامل بار و در نتيجه بر كوادكوپترها اعمال شده است. مقدار اين نيرو به عواملي از جمله سرعت جسم در حال سقوط، سرعت صفحه‌ي بار در لحظه برخورد، جرم هر دو جسم و ضريب بازگشت ضربه وابسته است. در اين پژوهش، ضربه به صورت كاملاً غيرالاستيك در نظر گرفته شده است. همچنين، محل برخورد ضربه در دو حالت مركزي و غيرمركزي نسبت به مركز جرم عامل بار مدل‌سازي شده است. اين مدل‌سازي با هدف شبيه‌سازي دقيق‌تر ضربه جسم صلب سه‌بعدي به صفحه بار انجام شده است. در بخش بعدي پژوهش، كنترل‌كننده‌هايي بر اساس روش كنترل LQR طراحي شده‌اند. براي استفاده از اين كنترل‌كننده‌ها، معادلات حركت سامانه با روش خطي‌سازي به كمك بازخورد خطي‌سازي شده‌اند. يك كنترل‌كننده LQR با عمل انتگرال‌گير براي هر يك از عامل‌هاي حامل طراحي شده است. سامانه براي حمل بار از آرايش صلب استفاده مي‌كند. بر اساس مسير مرجع تعريف شده براي بار، مسير‌هاي مرجعي در هر عامل حامل تعريف شده است و به كوادكوپترها ارسال مي‌شود تا با دنبال كردن آن بار را در مسير مرجع خود قرار دهند. اين توزيع وظايف كنترلي، كنترل توزيع‌شده را در سامانه ممكن مي‌سازد. در نهايت، شبيه‌سازي سامانه براي شرايط مختلف انجام شده است تا عملكرد كنترل‌كننده‌هاي طراحي‌شده در شرايط مختلف رويداد ضربه و دنبال كردن مسير توسط عامل بار بررسي شود. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان‌دهنده توانايي بالاي كنترل‌كننده‌هاي طراحي‌شده در مديريت نيروهاي ناشي از ضربه و حفظ پايداري سامانه است.

232222

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان