طراحی کنترل گام به عقب انتگرالی هوشمند و طراحی مسیر بهینه برای کوادروتور به کمک روش بهینه‌سازی ازدحام افزایشی ذرات

نوع مقاله : -

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان

چکیده

در این مقاله یک کنترل ‎کننده گام به عقب انتگرالی برای کنترل موقعیت سیستم کوادروتور ارائه شده که با استفاده از الگوریتم هوشمند بهینه ­سازی ازدحام افزایشی ذرات، جهت بهینه سازی پارامترهای کنترلر طراحی شده مورد بررسی قرار گرفته است که در نهایت پارامترهای طراحی به ‌منظور حصول پاسخ مطلوب بهینه بر روی کنترل ‎کننده منظور شده ‌اند. در ادامه به طراحی مسیر بهینه برای پرنده کوادروتور به کمک روش الگوریتمی تکاملی ازدحام ذرات و با در نظر گرفتن موانع از پیش تعیین ‌شده در محیط سه ‌بعدی پرداخته‌شده است، که امنیت پرواز کوادروتور را در محیط ­های سه‌بعدی از پیش شناخته ‌شده تأمین می‌کند، همچنین  با در نظر گرفتن موانع محیطی، کوتاه­ ترین مسیر بین مبدأ و مقصد به‌ عنوان مسیر مطلوب کوادروتور مشخص می‌شود. در این مقاله علاوه بر بهینه سازی ضرایب کنترلر گام به عقب انتگرالی در جهت کاهش تلاش کنترلی ربات، به بهینه سازی مسیر حرکت کوادروتور پرداخته شده که هدف از این بهینه سازی، کاهش مصرف انرژی در حرکت ربات از مبدا به مقصد می باشد که در نهایت مسیر تولید شده توسط الگوریتم به‌عنوان مسیر مطلوب پرنده به کنترل‎ کننده گام به عقب انتگرالی بهینه شده داده ‌شده و نتایج در محیط متلب شبیه سازی شده است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Norouzi, R., Shahbazi, H., Jamshidi, K., Design and implementation of a neural intelligent controller and a hybrid PD controller for quadrotor, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17(10), pp. 194-204, (2018).
[2] Pulok, M., Uttam, K., A Study of the aerodynamics of a helicopter rotor blade, In ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Vol. 59360, pp. V001T03A025, American Society of Mechanical Engineers, (2019).
[3] Uluocak, S., Mustafa, P., Oğuz, U., Experimental investigation of tip anhedral effects on the aerodynamics of a model helicopter rotor in hover, Aerospace Science and Technology, (2021).
[4] Padfield, D., Helicopter flight dynamics: including a treatment of tiltrotor aircraft, John Wiley & Sons, (2018).
[5] Offermann, A., Pedro, C., Jérôme M., Nonlinear model and control validation of a tilting quadcopter, In 2020 28th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED), pp. 50-55. IEEE, (2020).
[6] Chao, H., YongCan, C., YangQuan, C., Autopilots for small unmanned aerial vehicles: a survey, International Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 8.1, PP. 36-44, (2010).
[7] Lee, D., Autonomous feature following for visual surveillance using a small unmanned aerial vehicle with gimbaled camera system, International Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 8.5, PP. 957-966, (2010).
[8] Han, D., Development of unmanned aerial vehicle (UAV) system with waypoint tracking and vision-based reconnaissance, International Journal of Control, Automation and Systems Vol. 8.5, PP. 1091-1099, (2010).
[9] Zhang, X., Yuansen, D., Fang, C., Linlin, Q, Indoor position control of a quadrotor uav with monocular vision feedback, In 2018 37th Chinese Control Conference (CCC), pp. 9760-9765, IEEE, (2018).
[10] Tognon, M., Antonio, F., Theory and applications for control of aerial robots in physical interaction through tethers, Vol. 140. Springer Nature, (2020).
[11] Razmi, H., Afshinfar, S., Neural network-based adaptive sliding mode control design for position and attitude control of a quadrotor UAV, Aerospace Science and Technology, Vol. 91, PP. 12-27, (2019).
[12] Noordin, A., Mohd, A., Zaharuddin, M., Sensor fusion for attitude estimation and PID control of quadrotor UAV, International Journal of Electrical
and Electronic Engineering and Telecommunications, Vol. 4, PP. 183-189, (2018).
[13] Lee, D., Jin Kim, H., Shankar, S., Feedback linearization vs. adaptive sliding mode control for a quadrotor helicopter, International Journal of control, Automation and systems, Vol. 3, PP. 419-428, (2009).
[14] Erginer, B., Erdinç, A., Design and implementation of a hybrid fuzzy logic controller for a quadrotor VTOL vehicle, International Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 10.1, PP. 61-70, (2012).
[15] Sharma, A., Amol, B., Controlling of quad-rotor uav using pid controller and fuzzy logic controller, International Journal of Electrical, Electronics and Computer Engineering, Vol. 1.2, PP. 38-41, (2012).
[16] Glida, E., Latifa, A., Abdelghani, C., Chouki, S., Gabriele, P., Optimal model-free fuzzy logic control for autonomous unmanned aerial vehicle, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 5, PP. 952-967, (2022).
[17] Sarabakha, A., Erdal, K., Online deep fuzzy learning for control of nonlinear systems using expert knowledge, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, Vol. 7, PP. 1492-1503, (2019).
[18] Rusli, A., Mohd, A., Aripin, M., Azmi, M., Kasno, A., Khamis, A., Rizman, Z. I., Modelling of unmanned aerial vehicle (UAV) for altitude control using system identification technique, J Fund Appl Scie, Vol. 10, PP. 936-950, (2018).
[19] Fung, E., Hoi, K., Smart hanger dynamic modeling and fuzzy controller design, International Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 9.4, PP. 691-700, (2011).
[20] Hafaifa, A., Ferhat, L., Kouider, L., A Numerical structural approach to surge detection and isolation in compression systems using fuzzy logic controller, International Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 9.1, PP. 69-79, (2011).
[21] Ferdaus, M., Sreenatha, G., Mahardhika, P., Matthew, A., Towards the use of fuzzy logic systems in rotary wing unmanned aerial vehicle: a review, Artificial Intelligence Review, Vol. 1, PP. 257-290, (2020).
[22] Ma, H., Mou, C., Gang, F., Qingxian, W., Disturbance-observer-based adaptive fuzzy tracking control for unmanned autonomous helicopter with flight boundary constraints, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, (2022).
[23] Hu, Y., Yanping, Y., Shu, L., Yaoming, Z., Fuzzy controller design of micro-unmanned helicopter relying on improved genetic optimization algorithm, Aerospace Science and Technology, Vol. 98, (2020).
[24] Vitzilaios, N., Nikos, C., An experimental test bed for small unmanned helicopters, Journal of Intelligent and Robotic Systems, Vol. 54.5, PP. 769-794, (2009).
[25] Khalesi, M. H., Salarieh, H., Saadat Foumani, M., System identification and robust attitude control of an unmanned helicopter using novel low-cost flight control system, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, Vol. 5, PP. 634-645, (2020).
[26] Wu, Y., Development and Implementation of a control system for a quadrotor UAV, Hochschule Ravensburg-Weingarten, Μάρτιοσ, (2009).
[27] Nguyen, K. D., Cheolkeun, H., Development of hardware-in-the-loop simulation based on gazebo and pixhawk for unmanned aerial vehicles, International Journal of Aeronautical and Space Sciences, Vol. 1, PP. 238-249, (2018).[28] Tomashevich, S., Rostislavich Andrievsky, B., Full control of a quadrotor with simple adaptive control, Differential Equations & Control Processes, (2020).