به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « quadrotor » در نشریات گروه « مکانیک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «quadrotor» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»
  • احسان لقمان، محسن ایرانی رهقی*، عباس لقمان

    در این تحقیق، با استفاده از ریاضیات مرتبه کسری یک کنترل کننده برای کنترل مسیر حرکت یک کوادروتور طراحی می گردد. با توجه به اینکه یکی از مهم ترین چالش ها در کوادروتورها تغییر جرم آن ها برای حمل و جابجایی بارهای مختلف است، در این پژوهش کنترل کننده طراحی شده برای جرم به صورت تطبیقی طراحی می گردد تا در مقابل اثرات تغییر جرم رفتار مناسبی را ارائه دهد. برای طراحی کنترل کننده در این پژوهش از روش مودلغزشی استفاده می شود و سطح لغزش مورد نظر به صورت یک مدل مرتبه کسری در نظر گرفته می شود. نتایج این تحقیق به خوبی کارایی کنترل کننده مرتبه کسری را برای کنترل مسیر کوادروتور و مقاومت در مقابل تغییرات جرمی را نشان می دهد. به علاوه، شبیه سازی ها نشان می دهند که با استفاده از تغییرات مرتبه مشتق کسری می توان کنترل کننده ای طراحی کرد که با تلاش کنترلی کمتری یک ماموریت را انجام دهد، بنابراین، با طراحی یک کنترل کننده مرتبه کسری می توان ظرفیت حمل بار را در یک کوادروتور افزایش داد. نتایج این تحقیق نشان می دهند که ظرفیت حمل بار با در نظر گرفتن مقدار 275/0 برای مرتبه مشتق بالاترین مقدار خود را دارد. نوآوری این کار بررسی اثرات کنترل کننده مرتبه کسری در تعیین ظرفیت حمل بار است به طوری که نشان داده می شود با تعیین مقداری مشخص می توان ظرفیت حمل بار را تا حدود دو برابر نسبت به کنترل کننده ی معمولی افزایش داد.

    کلید واژگان: کوادروتور, کنترل گر, کنترل مرتبه کسری, کنترل تطبیقی, ظرفیت حمل بار, تعقیب مسیر}
    E. Loghman, M. Irani Rahaghi*, A. Loghman

    In this investigation, using the fractional calculus, a controller for trajectory control of a quadrotor is designed. As a matter of fact, one of the most important challenges in quadrotors is changing the mass of the quadrotor for carrying loads. In this paper, the controller is designed adaptive to show appropriate response in the presence of changing mass. For designing this controller, the sliding mode controller is utilized, which the sliding surfaces are considered as a fractional model. The results of this study demonstrate the effectiveness of the fractional-order controller for trajectory control of a quadrotor with changing the mass parameter. Moreover, simulations illustrate that by changing the fractional-order a new controller can be designed which can do the same mission with less control effort. Therefore, utilizing the fractional controller, the Dynamic Load Carrying Capacity (DLCC) of a quadrotor can be increased. The results show that by considering fractional-order = 0.275, the DLCC is maximized. The innovation of this work is the investigation of fractional order controllers in determining the DLCC, which shows that by setting a certain value, the DLCC can be increased by about two times compared to the classical sliding mode control.

    Keywords: Quadrotor, Controller, Fractional-Order Control, Adaptive Control, Dynamic Load Carrying Capacity, Path Tracking}
  • مانا غنی فر، میلاد کامزن، مرتضی طایفی*
    در این مقاله، استفاده از کنترل کننده PID جهت کنترل یک مدل از کوادروتور دارای دینامیک غیرخطی، مورد بررسی قرار می گیرد. در همین راستا، چهار روش متمایز جهت تنظیم پارامترهای این کنترلر مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد. این چهار تکنیک شامل تکنیک های برخط الگوریتم شبکه عصبی، استنتاج فازی و تکنیک های خارج خط الگوریتم بهینه سازی ژنتیک و تجمع ذرات می گردند. در پایان اما با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی عددی و نیز نتایج حاصل از مقایسه یک تابع هزینه پیش تعریف مربعی محاسبه شده در هریک از حالات استفاده از این تکنیک های تنظیم پارامترها در حضور یک اغتشاش نسبتا بزرگ با دامنه و فرکانس انتخاب شده که در کل زمان شبیه سازی، سیستم را تحت تاثیر قرار می دهد، نشان داده می شود بطور کلی، رسته ی الگوریتم های برخط، به ویژه با وجود اغتشاش مذکور، از آن جا که ضرایب کنترلی سیستم حلقه-بسته را در هر گام زمانی از شبیه سازی عددی، به صورت لحظه ای بروزرسانی می کنند، عملکرد بهتری در کنترل دینامیک سیستم از خود نشان می دهد.
    کلید واژگان: کنترلر PID, کوادروتور, الگوریتم ژنتیک, الگوریتم فازی, الگوریتم عصبی}
    Mana Ghanifar, Milad Kamzan, Morteza Tayefi *
    n this paper, the use of PID controller to control a model of a quadrotor with nonlinear dynamics is investigated. In this regard, after presenting the designed nonlinear dynamic quadrotor model, four distinct methods for adjusting the parameters of this controller are examined and compared. These four techniques, which are classified into two categories, online and offline, include online techniques of neural network and fuzzy inference, and offline techniques of genetic and particle swarm optimization algorithms. Finally according to the results of numerical simulations and the results of comparing a predefined squared cost function calculated in each case, in the presence of a relatively large disturbance with amplitude and frequency that is selected in the whole time simulation affects the system, shown in general, the order online algorithms, especially despite the mentioned disturbance, have better performance in controlling the dynamics of the system because they update the control coefficients of the closed-loop system momentarily in each step of numerical simulation.
    Keywords: PID Controller, Quadrotor, Genetic Algorithm, Fuzzy Algorithm, Neural algorithm}
  • Shayan Dehkhoda, MohammadAli Amiri Atashgah *

    This paper is dedicated to the optimal path-planning of a quadrotor to deliver the goods in the form of a round-trip mission. At first, quadrotor modeling is performed by the Newton-Euler method and then the problem is formulated as an optimal control effort problem. Then, by discretization of the equations using the direct colocation method, the problem becomes a nonlinear programming system that can be solved by available optimization methods. This discretization helps to make the derivative values in the equations of motion as simple algebraic expressions and the path optimization problem becomes a standard form of nonlinear programming problem (NLP). In this method, instead of obtaining state and control functions, state and control values are obtained at the beginning and endpoints of smaller time intervals. This method is one of the most explicit methods for the numerical solution of differential equations. It should be noted that in this research, safe areas around urban obstacles are considered fixed cylinders. Extensive simulations are evidence of the usefulness of this method, while the vehicle realizes all geometric, dynamic, and kinematic constraints.

    Keywords: Optimal Path Planning, 6DOF Dynamics, Direct Collocation, Quadrotor, Nonlinear Programming Problem (NLP), Delivery of Goods}
  • هادی اشعریون*، محمد جهانشاهی فر، احسان داودی، محمود مزارع

    در این مقاله، کنترل تحمل پذیر عیب زمان محدود برمبنای الگوریتم مد لغزشی به عنوان یک روش کنترلی مقاوم برای کنترل پایدارساز زاویه ای سیستم کوادروتور در حضور عیب عملگر و عدم قطعیت ارایه شده است. کنترل کننده بر مبنای مدل غیرخطی کوادروتور طراحی شده و تحلیل پایداری آن برمبنای تیوری لیاپانوف انجام گرفته است. همچنین با توجه به برخی نقاط ضعف سنسورهای ممز مانند نویزپذیری نسبتا بالا و خطای بایوس، به منظور ترکیب داده های سنسورها و کاهش اثرات نویز و خطا روی داده های خروجی، فیلتر کالمن توسعه یافته طراحی و پیاده سازی شد. به منظور اعتبارسنجی عملکرد کنترل کننده، آزمایش های عملی بر روی یک نمونه آزمایشگاهی مقیاس کامل کوادروتور به صورت بلادرنگ پیاده سازی شد. ارزیابی عملکرد استراتژی طراحی شده در سناریوهای مختلفی از قبیل تست در حالت بدون عیب عملگر، با وجود عیب جزیی در عملگر و عدم قطعیت در پارامترهای کوادروتور انجام شده است. نتایج آزمایشگاهی حاکی از برتری استراتژی تحمل پذیر مد لغزشی نسبت به خطی سازی پسخورد در حضور عیب های مختلف و اثرات عدم قطعیت می باشند.

    کلید واژگان: کوادروتور, پایدارسازی زاویه ای, کنترل تحمل پذیر عیب, الگوریتم مد لغزشی, فیلتر کالمن}
    Hadi Asharioun*, Mohammad Jahanshahifar, Ehsan Davoudi, Mahmood Mazare

    In this paper, a finite-time fault tolerant controller based on sliding mode algorithm, as a robust control method, is presented to control the attitude stabilization of the quadrotor system in the presence of actuator fault and uncertainty. The controller is designed based on the nonlinear model of a quadrotor and its stability analysis is performed according to the Lyapunov stability theorem. Also, regarding some weaknesses of MEMS sensors such as partly high noise and bias error, an extended Kalman filter is designed and implemented in order to merge sensors data and reduce the noise effect on the outputs. To validate the controller performance, the experimental tests is implemented on a full-scale quadrotor in real-time. The evaluation of the designed strategy is carried out in different scenarios, no fault in the actuators and a partial loss of effectiveness of an actuator as well as uncertainty in the quadrotor parameters. The experimental results reveal the superiority of the sliding mode tolerant strategy over feedback linearization in the presence of various faults and uncertainty effects.

    Keywords: Quadrotor, Attitude stabilization, Fault tolerant control, sliding mode control, extended Kalman filter}
  • MohammadHossein Khalesi *

    Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have numerous applications in military, commercial and hobby fields. Among these vehicles, drones with vertical take-off and landing (VTOL) capability have attracted more attention due to their specific capabilities such as better maneuverability and hover flight. In recent years, numerous concepts emerged which trying to propose new configurations to enhance UAVs performance. In this paper, we propose a novel concept which integrates single main rotor helicopter and quadrotor structure to overcome some difficulties exist in those applications. This suggested configuration, include a variable pitch main rotor equipped with four smaller counterrotating rotors to overcome its opposite torque (instead of a tail rotor in helicopters) and also sustain a portion of the UAV weight which make it possible to use a smaller main rotor. This design preserves maneuverability of helicopters, while eliminates tail rotor power loss and its asymmetric lateral force and also enhances the flight stability and maneuverability by properly using other four rotors’ thrusts. Preliminary dynamic modeling and control system design are presented in the text and the results show that this idea can be investigated further. The next steps are planned to be studied in next researches.

    Keywords: Novel UAV Configuration, Conceptual design, VTOL Drone, Helicopter, Quadrotor}
  • علی سلطانی*، محمد حسین کمری
    امروزه استفاده از پهپادها برای انجام خودکار فعالیت هایی نظیر امور عمرانی، عملیات امداد و نجات و ماموریت های نظامی، با هدف افزایش سرعت و دقت، حفظ نیروی انسانی و کاهش هزینه ها در حال گسترش است. با توجه به این رویکرد، در این مقاله نیز با هدف استفاده از سیستم کوادروتور - آونگ معکوس کروی برای انجام عملیاتی نظیر رنگ آمیزی و نظافت در سقف های مرتفع، مساله ی کنترل هیبریدی موقعیت و نیرو برای یک پاندول معکوس کروی متصل به کوادروتور که حرکت آن در راستای قائم مقید شده است، مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، ابتدا با استفاده از قوانین نیوتن - اویلر، معادلات حرکت حاکم بر سیستم کوادروتور - آونگ معکوس در حالت مقید استخراج و سپس با ارائه ی مدلی برای نیروی مقید کننده، یک سیستم کنترلی سلسله مراتبی شامل حلقه ی کنترلی موقعیت - نیرو، حلقه ی کنترلی جهت گیری پاندول معکوس و حلقه ی کنترلی جهت گیری کوادروتور، ارائه شده است. قوانین کنترلی حلقه ی کنترلی جهت گیری پاندول معکوس و حلقه ی کنترلی جهت گیری کوادروتور، با استفاده از مفاهیم مطرح در کنترل هندسی طراحی شده اند. در نهایت، عملکرد کنترل کننده طراحی شده توسط شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلید واژگان: کنترل هیبریدی, کوادروتور, پاندول معکوس کروی, کنترل سلسله مراتبی, کنترل هندسی}
    Ali Soltani *, Mohammad Hussain Kamari
    Today, the use of drones to automate activities such as civil works, rescue operations, and military missions is expanding to increase speed and accuracy, retaining manpower and reducing costs. According to this approach, in this paper, hybrid control of position and force for a spherical inverted pendulum on top of a quadrotor whose motion is constrained in the vertical direction is studied to enable the quadrotor-spherical inverted pendulum system to perform operations such as painting and cleaning on high ceilings. In this regard, first using Newton-Euler laws, the equations of motion governing the quadrotor-inverted pendulum system in the constrained motion are extracted, and then by presenting a model for the constraint force, a hierarchical control system including position-force control loop, inverted pendulum orientation control loop and quadrotor orientation control loop is provided. Proposed Control laws for the inverted pendulum orientation control loop and the quadrotor orientation control loop are designed using some theorems of geometric control methods.  Finally, to study the performance of the proposed control method, some numerical simulations have been performed.
    Keywords: Hybrid Control, Quadrotor, Spherical Inverted Pendulum, Hierarchical Control, Geometric Control}
  • وحید تیکنی، حامد شهبازی*، پیمان نوروزی

    در این مقاله یک کنترل ‎کننده گام به عقب انتگرالی برای کنترل موقعیت سیستم کوادروتور ارایه 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 تامین می‌کند، همچنین با در نظر گرفتن موانع محیطی، کوتاه ترین مسیر بین مبدا 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.

    کلید واژگان: کوادروتور, کنترل گام به عقب انتگرالی بهینه, تولید مسیر بهینه, الگوریتم ازدحام ذرات}
    Vahid Tikani, Hamed Shahbazi, Peyman Norouzi

    In this paper, an intelligent integral Back-step controller is used to control the position of the quadrotor. Using a new strong particle swarm optimization algorithm, the optimal system response is Achieved by changing constant design values in the controller. Then, the optimal path for the quadrotor is designed using the algorithmic method of particle swarm and considering the predetermined obstacles in the three-dimensional environment, which ensures safety flight. Also, the shortest path between the origin and destination as the optimal path is determined. Finally, the path generated by the algorithm as the optimal path of planning. Thus, in addition to optimizing the control parameters in the controller, the quadrotor path is also optimized using the algorithm to minimize energy consumption from source to destination. Finally, by simulating the system in MATLAB environment, the system response to the desired input in a limited time was plotted and investigated.

    Keywords: Quadrotor, Integral back-step controller, Path-planing, Particle swarm optimization algorithm}
  • علی سلطانی*، امیرحسین وحیدی بجستانی، محمد گوهرخواه
    حمل مایع توسط پهپاد امری ضروری در انجام خودکار ماموریت هایی نظیر اطفا حریق و سم پاشی مزارع است. از طرفی، تلاطم گذرا و باقی مانده ی مایع در حین جابه جایی و پس از آن، می تواند موجب ایجاد ناپایداری، افزایش خطای موقعیت، افزایش تلاش کنترلی و ایجاد خطر و آسیب در صورت اشتعال پذیری مایع، بشود. بنابراین، در این پژوهش کنترل کوادروتور حامل مایع مورد مطالعه قرار گرفته است و کنترل کننده ای ارائه شده است که بر خلاف مطالعات پیشین، بدون نیاز به اندازه گیری یا تخمین حالات مایع می تواند پایداری کوادروتور را در انتقال نقطه به نقطه فراهم نماید. بدین منظور، ابتدا یک کنترل کننده با خطی سازی معادلات حرکت کوادروتور حامل مایع و فرض صلب بودن مایع از طریق جایگذاری مناسب قطب ها طراحی شده است. از طرفی، برای این که رفتار سیستم مشابه رفتار مدل طراحی باشد و پایداری سیستم حفظ شود،  باید تلاطم مایع تا حد امکان کاهش یابد. برای این منظور، از یک هموارساز فرمان که بر اساس فرکانس های طبیعی مودهای تلاطم مایع طراحی شده است، بهره برده شده است. توانایی سیستم کنترلی ارائه شده توسط شبیه سازی بررسی، تایید و با مرجعی مشابه مقایسه گردیده است. هم چنین، نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد استفاده از هموارساز فرمان طراحی شده می تواند دامنه ی تلاطم مایع، انحراف حالات سیستم نسبت به حالت تعادل و تلاش کنترلی را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
    کلید واژگان: کوادروتور, تلاطم مایع, انتقال نقطه به نقطه, جایگذاری قطب, هموارساز فرمان}
    Ali Soltani *, Amirhusain Vahidi Bajestani, Mohammad Goharkhah
    Liquid transport by unmanned aerial vehicles is a necessary task in autonomous firefighting and field spraying missions. On the other hand, transient and residual sloshing of the liquid during and after the movement can cause instability, increase position error and control effort, and create danger or damage if the liquid is flammable. Therefore, in this study, control of a liquid carrier quadrotor has been studied and a controller has been presented that, unlike previous studies, can provide stability in point-to-point transmission without the need to measure or estimate liquid states. For this purpose, a controller is first designed by linearizing the equations of motion of the system and assuming the liquid is rigid via pole placement. On the other hand, in order for the behavior of the system to be similar to the behavior of the design model and to maintain the stability of the system, the liquid sloshing must be reduced as much as possible. Therefore, a command smoother based on the natural frequencies of the liquid sloshing modes is used. The ability of the proposed control system has been investigated, validated, and compared with a similar study by simulation. Also, the simulation results show that the implementation of the designed command smoother can significantly reduce the amplitude of liquid sloshing, the deviation of the system states from the equilibrium state, and the control effort.
    Keywords: Quadrotor, Point To Point Transport, Pole Placement, Command Smoother}
  • علی محمدی، سید امیرمحمد مناقب*، احسان عباسی، سید حسین ساداتی
    در این پژوهش یک روش کنترل غیرخطی جدید همراه با شبیه سازی برای کوادروتور ارایه می شود. معادلات دینامیکی پرنده بصورت یک جسم با شش درجه آزادی بر اساس معادلات نیوتن-اویلر، بصورت کامل و بدون ساده سازی و همراه با اغتشاش خارجی نامعین در نظر گرفته شده است. با توجه به کم عملگر بودن پرنده و کوپل دینامیک آن، یک الگوریتم کنترل غیرخطی با ترکیب روش کنترلی گام به عقب انتگرال گیر و روش مود لغزشی برای پایداری وضعیت پرنده و دنبال کردن مسیر مطلوب توسط آن، طراحی می شود. کنترل کننده های طراحی شده براساس کنترل سلسله مراتبی برای کنترل حرکات چرخشی و حرکات انتقالی پرنده استفاده می شوند، ضمن این که پایداری آن ها توسط تیوری لیاپانوف اثبات می شود. با استفاده از کنترل کننده پیشنهادی، می توان از وقوع پدیده چترینگ و همچنین ورودی کنترلی ناپیوسته که در روش کنترلی مود لغزشی رخ می دهد، اجتناب کرد. عملکرد کنترل کننده ارایه شده در این تحقیق توسط شبیه-سازی تحت سناریوهای مختلف تایید می شود. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی نسبت به کنترل کننده PID نه تنها عملکرد بهتری در ردیابی مسیر از خود نشان می دهد بلکه در مواجهه با اغتشاش خارجی نامعین، مقاوم تر است.
    کلید واژگان: کوادروتور, مود لغزشی, گام به عقب, ردیابی مسیر, نامعینی و اغتشاش خارجی}
    A. Mohammadi, Sayed A. M. Managheb *, E. Abbasi, Seyyed H. Sadati
    In this research, a novel nonlinear control strategy along with its simulation for a quadrotor helicopter is proposed. In the present work, a six-DOF dynamic equations of the quadrotor system subjected to unknown external disturbances based on the Newton-Euler equations is developed completely and without any simplification. Considering the under-actuated and strongly coupled characteristics of quadrotor helicopter, a nonlinear control method is designed using integral backstepping combined with the sliding mode control (integral BS-SMC) to stabilize the qudrotor attitude and to tracking the desired trajectory. The designed controllers based on the hierarchical control scheme can be used to control the rotational and translational movements and their stability are validated by the Lyapunov stability theorem. Using the proposed controller, the chattering phenomenon and discontinuousness of the control inputs faced by traditional sliding mode control (SMC) can be avoided. The feasibility and performance of the presented control approach is verified by the simulations under different scenarios. The results show that the proposed nonlinear control method not only has a better tracking performance than PID controller, but also has a higher robustness when unknown disturbances occur.
    Keywords: Quadrotor, Sliding mode control, Backstepping, Trajectory tracking, Uncertainty, External disturbance}
  • میرابوالفضل مختاری*
    در این تحقیق برای کنترل سیستم غیر خطی کوادروتور از روش پس خوراند خطی ساز بر اساس دینامیک سیستم استفاده شده است. برای تنظیم موقعیت کواد روتور از کنترل کننده ترکیبی PID مرتبه کسری استفاده می شود. همچنین از شبکه های عصبی برای تنظیم ضرایب کنترل کننده ترکیبی استفاده شده که برای بروز رسانی وزن های شبکه از الگوریتم پس انتشار خطا بهره برده ایم. در این مقاله برای غلبه بر مشکلات پیاده سازی عملگر مرتبه کسری از تقریب بهینه اوستالوپ برای تخمین و پیاده سازی عملگر کسری استفاده می شود. درنهایت نتایج شبیه سازی برای بررسی دقت روش ارایه شده و همچنین مقاومت آن ارایه می شوند.
    کلید واژگان: کوادروتور, فیدبک خطی ساز, PID, مرتبه کسری, شبکه عصبی}
    M. Abolfazl Mokhtari *
    Quadrotor is an underactuated and nonlinear coupled system. in this paper for controlling the dynamic of the system, feedback linearization (FL) method is used to convert the nonlinear model to a simple linear one. Moreover, a combination of fractional order PID (FOPID) with FL is used to improve the tracking ability. Tuning the parameters of NFOPID, because of two more orders of integral and derivation is a complicated task; therefore neural networks (NNs) method is used to cope with this duty. Back propagation (BP) algorithm is used to train the weights of the NNs. Because of the flexibility and online learning of the NNs, the proposed controller can be robust against uncertainties and disturbances. The fractional order operator has infinite dimension and for practical implementation modified Oustaloup's method is used in this paper. and finally the results of the simulations also validate the effectiveness and robustness of the proposed scheme.
    Keywords: quadrotor, Feedback linearization, PID, Fractional Order, Neural Networks}
  • علیرضا آهنگرانی فراهانی*، جلال کریمی، سید حسین ساداتی

    درتحقیق حاضر سیستم کنترل تعقیب مسیر مرجع کوادروتور مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور یک ساختار کنترل دوحلقه ای ارایه ‏شده که حلقه داخلی، مبتنی بر روش پسخورد حالت، ضرایب بهره بهینه به صورت تابعی از متغیرهای وضعیت به کمک الگوریتم ژنتیک استخراج ‏شده است. سپس با استفاده از بانک داده های بهینه و روش حداقل مربعات، یک تابع تنظیم بهره بهینه به دست آمده که به صورت برخط در حلقه ‏کنترل مورد استفاده قرار می ‎گیرد. تابع مذکور براساس رابطه خطی بین متغیرهای حالت سیستم و بهره های کنترلی عمل می نماید. در طراحی ‏حلقه خارجی از روش کنترل کلاسیکPID‏ بهره گرفته شده است. از آنجاکه تابع محاسبه بهره های کنترلی از محاسبات الگوریتم ژنتیک استخراج ‏می گردد، بنابراین خواص تابع معیار بهینه سازی در این تابع وجود دارد. برای ارزیابی این روش، کنترل کننده طراحی شده با کنترل کننده ‏PID‏ که ‏بسیار پرکاربرد است مقایسه شده است.‏‎ ‎نتایج شبیه سازی کارایی مناسب این تکنیک در کنترل زوایای اویلر پرنده،‎ ‎بهبود در مجموع خطای ردیابی ‏و کاهش مصرف انرژی در در مقایسه با روش ‏PID‏ را نشان می دهد.‏

    کلید واژگان: کوادروتور, کنترل غیرخطی, معادلات شش درجه آزادی, تنظیم بهره های کنترلی, الگوریتم ژنتیک}
    Alireza Ahangarani Farahani *, Jalal Karimi, Seyyed Hossein Sadati

    In this paper, a reference trajectory tracking control is designed for a typical quadrotor. For this purpose, two control ‎loops is proposed as follow: the inner loop is based on state feedback control technique and optimal control which ‎coefficients are obtained as a function of system states using the genetic algorithm. Then, optimal control coefficients ‎functions are extracted‏ ‏using the optimally stored data and least square method. The mentioned control function is ‎based on a linear relationship between system state space and control coefficients. In the outer control loop, the PID ‎control is utilized. Since, in this approach, the control coefficients are ‎obtained from the genetic algorithm, the ‎properties of the fitness function are considered. The ‎performance of the proposed controller is evaluated by a ‎comparative study especially to the PID ‎controller, which is widely used in the literature. The simulation results show ‎the effective performance of this technique in controlling Euler angles, reduction in summation of tracking error and ‎optimization in power consumption.‎

    Keywords: Quadrotor, Nonlinear Control, 6DOF equations, Gains tuning, Genetic Algorithm}
  • علی پورمرادی، مهدی سبزه پرور*، علی اشرفی

    کوادروتورها در دهه های اخیر به دلیل ماموریت های ویژه و کاهش هزینه های عملیات پروازی مورد توجه قرار گرفتند. در این مقاله برای این پهباد سه سناریو پروازی برای فیلم برداری از یک منطقه تعریف شده است که در آن ها وضعیت کوادروتور بر پایه روش کنترل بهینه غیرخطی وابسته به حالت تحلیل شده است. در سناریو اول یک نمونه آزمایشگاهی به جهت یافتن زوایای اویلر مورد نیاز برای اجرای مانور، تست گرفته شده است؛ این نمونه، یک کوادروتور است که بر اساس روش تناسبی- مشتق گیر بنا شده است؛ بدین منظور در شبیه سازی نتایج بدست آمده از این روش آورده شده است تا با نتایج روش غیرخطی وابسته به حالت صحه سنجی شود. در سناریو دوم و سوم کوادروتور برای پوشش دادن سطح بیشتری از منطقه در مسیرهای پیچیده تر مربعی و دایره ای مانور می دهد. از پارامترهای مهم برای انجام ماموریت های ذکرشده، درنظرگرفتن عامل خارجی باد می باشد؛ بنابراین انجام این ماموریت ها مستلزم پایداری کوادروتور تحت اثر میدان باد برای تضمین امنیت آن است؛ برای این منظور اثر نیرویی و گشتاوری میدان باد نمونه بر معادلات حرکت پهباد اعمال می گردد. عملکرد دینامیکی کوادروتور برای روش های کنترلی تناسبی- مشتق گیر، خودتنظیم خطی مرتبه دوم و غیرخطی وابسته به حالت در تقابل با میدان باد مورد بررسی قرار می گیرد.

    کلید واژگان: کوادروتور, کنترل وضعیت, کنترل ارتفاع, الگوریتم غیرخطی و میدان باد}
    Ali Pourmoradi, Mehdi Sabzeh Parvar *, Ali Ashrafi

    In recent decades, quadrotors are considered, because of the special missions and reducing the cost of flight operation. In this paper, three flight missions are defined to the quadrotor for shooting the special area. Attitude control of quadrotor is analyzed on basis of state-dependent Riccati equation. In the first mission, an experimental sample is taken in order to find the Euler angles for the implementation of routes. The sample quadrotor is on basis of the proportional–derivative controller. For this purpose, results of simulation base on proportional–derivative controller are conducted and the results are validated by state-dependent Riccati equation controller method. In the second and the third missions, the quadrotor is given maneuver by state-dependent Riccati equation method and flies in more complex routes such as square and round to cover more surface. Considering external wind fieldis the important parameter for the mention missions. The feasibility of these missions related to quadrotor stability and guaranteed security in wind field, for this purpose, the influence of force and moment of the wind field is applied to equations of motion of quadrotor. Dynamic performance of quadrotor is investigated for proportional–derivative, linear quadratic regulator and state-dependent Riccati equation methods encountering wind field.

    Keywords: Quadrotor, Attitude Control, Altitude Control, Nonlinear Algorithm, Wind Field}
  • حسین چهاردولی*، علی قاسمی، سپهر فردرهنما

    کوادروتور یک ربات پرنده بدون سرنشین از دسته پهپادهای چندملخه است که قابلیت مانورپذیری بسیار بالا، نشست و برخاست عمودی و پرواز ساکن در هوا را دارا می باشد. با این حال، دینامیک غیرخطی و زیر تحریک کوادروتور نیازمند کنترل کننده های پیشرفته تری برای غلبه بر اغتشاش های خارجی، حفظ تعادل و ردیابی دقیق مسیر پرواز است. در اغلب کاربردها، سیستم دینامیکی کوادروتور در معرض نیروهای اغتشاشی ناشی از وزش باد و نامتوازنی وزن یا اینرسی ناشی از حمل بار است. برای حفظ تعادل و تثبیت موقعیت، پایدارسازی زاویه ای کوادروتور در حضور نیروهای اغتشاشی و نامتوازنی ها ضروری است. استفاده از کنترل کننده های سنتی با بهره های کنترلی ثابت برای حذف اغتشاش های متغیری که در شرایط متفاوت به سیستم دینامیکی کوادروتور وارد می شوند چندان کارآمد نیست. در مقاله حاضر یک کنترل کننده فازی تطبیقی تناسبی-انتگرالی-مشتقی برای پایدارسازی زاویه ای کوادروتور طراحی شده که در آن بهره های کنترلی بر مبنای عملکرد قانون تطبیق و سیستم فازی به طور پیوسته تنظیم می شوند. عملکرد کنترل کننده طراحی شده در شبیه سازی یک آزمون غلبه بر نامتوازنی وزنی بررسی و با کنترل کننده سنتی تناسبی-انتگرالی-مشتقی مقایسه شده است. همچنین عملکرد کنترل کننده طراحی شده با استفاده از یک استند آزمایشگاهی سه درجه آزادی در یک آزمون تجربی به روش سخت افزار در حلقه مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است.

    کلید واژگان: کوادروتور, کنترل زاویه, کنترل کننده فازی, سخت افزار در حلقه, اغتشاش خارجی}
    Hossein Chehardoli *, Ali Ghasemi, Sepehr Fardrahnama

    Quadrotor is an unmanned aerial robot from multi-rotor drones group that has high maneuverability, vertical take-off, and landing and stationary flight capabilities. In the most practical applications, the quadrotor system is subjected to external disturbance forces due to wind and unbalanced weight or inertia of the payload. To maintain balance and hold the position, attitude stabilization of the quadrotor is necessary for the presence of disturbances and unbalanced forces. Using conventional controllers with constant gains is not very efficient to eliminate variable disturbances that affect quadrotor motion in different conditions. In this paper, an adaptive fuzzy proportional integral derivative controller is designed for quadrotor attitude stabilization in which controller gains are regulated continuously based on the adaptive laws and the fuzzy inference system. The performance of the proposed controller is examined in the disturbance rejection test and is compared to the conventional proportional integral derivative controller. Also, the performance of the proposed controller is approved by hardware in the loop experimental tests using a 3 degree of freedom pilot platform. The experimental results will show the effectiveness of the adaptive fuzzy proportional integral derivative controller compared with the conventional proportional integral derivative controller.

    Keywords: Quadrotor, Attitude Control, Adaptive Fuzzy, Hardware In Loop, External Disturbance}
  • علی کیماسی خلجی*، ایمان سعادت

    در این مقاله، با معرفی یک کنترلر ترکیبی مقاوم به همراه یک واحد اجتناب از موانع مبتنی بر توابع پتانسیل به کنترل تعقیب مسیر کوادروتور در حضور موانع پرداخته شده است. کوادروتورها، سیستم هایی کم عملگر بوده و طراحی کنترلر تعقیب مسیر مقاوم برای آن ها به یکی از پرچالش ترین مباحث در پژوهش های اخیر تبدیل شده است. در ابتدا مدلسازی دینامیکی کوادروتور با استفاده از روش نیوتن-اویلر و با در نظر گرفتن تمامی ترم های غیرخطی آن در نظر گرفته شده و در ادامه، فضای حالت سیستم به دست آمده است. سپس یک روش کنترلی با الهام از الگوریتم های کنترل خطی برای کنترل حلقه ی بیرونی طراحی شده و برای کنترل حلقه ی داخلی کنترلر، روش کنترلی پسگام ارایه شده است. ترکیب این دو روش کنترلی به نحوی صورت گرفته که سیستم بهترین عملکرد را در تعقیب مسیرهای دلخواه از نظر همگرایی به مسیر مرجع حرکت، خطای حالت ماندگار کمینه و دیگر مشخصات پاسخ گذرای سیستم داشته باشد. در ادامه یک واحد اجتناب از موانع مبتنی بر توابع پتانسیل طراحی شده که با ایجاد نیروی دافعه بین سیستم و موانع از تصادم کوادروتور جلوگیری می کند. در انتها دو آزمایش ردیابی مسیر دایره ای و زینی شکل برای یک کوادروتور در حضور موانع در نظر گرفته شده است و نتایج حاصله، عملکرد مقاوم کنترلر را در تعقیب مسیرها و اجتناب از موانع نشان می دهد.

    کلید واژگان: کوادروتور, روش کنترلی پسگام, واحد اجتناب از موانع, توابع پتانسیل, کنترل تعقیب مسیر}
    Ali Keymasi Khalaji *, Iman Saadat

    In this paper, by introducing a robust hybrid controller with an obstacle avoidance unit based on potential functions, the trajectory tracking control of quadrotors are discussed in the presence of obstacles. Quadrotors are underactuated systems and the design of a robust tracking controller has become one of the most challenging topics in recent researches. First, dynamic modeling of a quadrotor is considered using the Newton-Euler method by considering all its nonlinear terms. In the following, the system state space is represented. Then, a control method based on linear control algorithms is designed to control the outer loop and for the inner loop of the controller, the backstepping method is presented. The combination of the control methods is designed so that the best performance of the system is obtained in terms of convergence to the reference path, minimum steady-state errors and other transient response specifications of the system. In the following, an obstacle avoidance unit based on potential functions is designed to prevent the collision of the quadrotor with obstacles by creating a repulsive force between the system and the obstacles. Finally, trajectory tracking case studies are considered for a quadrotor in the presence of obstacles. Obtained results show the robust performance of the controller in tracking the trajectories and avoiding obstacles.

    Keywords: Quadrotor, Backstepping Control Method, Obstacle Avoidance Unit, Potential Function Based, Trajectory Tracking Control}
  • پریسا جدید میلانی، محمدعلی حامد*

    کوادروتور از جمله پرنده های بدون سرنشین است که به دلیل قابلیت بالا در مانوردهی و ساختار نسبتا ساده مورد توجه قرار گرفته است. در مقابل، رفتار به شدت غیرخطی از معایب این وسیله به شمار می آید. با توجه به اینکه مدل دینامیکی کوادروتور غیرخطی و همراه با عدم قطعیت ها است، از روش های کنترل مقاوم از جمله مد لغزشی به منظور ردیابی مسیر مطلوب و پایداری سیستم استفاده می شود. با وجود قابلیت های بالای روش مد لغزشی، مشکل نوسان فرکانس بالا در سیگنال ورودی از معایب آن به شمار می رود که با استفاده از روش های مرتبه بالا کاهش می یابد. در این مقاله رفتار کنترل کننده های مد لغزشی مرتبه اول و دوم در ردیابی دقیق موقعیت و زاویه یاو همراه با پایدارسازی زوایای رول و پیج کوادروتور تحت شرایط عدم قطعیت زیاد مورد بررسی قرار گرفته است. در مد لغزشی مرتبه دوم از الگوریتم فراپیچشی برای طراحی کنترل کننده استفاده شده است. با وجود عدم قطعیت های پارامتری در سیستم، نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان از کارآمدی روش کنترلی مد لغزشی مرتبه دوم در ردیابی، پایداری و کاهش پدیده نوسانات ناخواسته دارد.

    کلید واژگان: کوادروتور, مد لغزشی مرتبه اول, مدلغزشی مرتبه دوم, ردیابی موقعیت, نوسانات ناخواسته}
    Parisa Jadid Milani, MohammadAli Hamed *

    Quadrotor is one type of unmanned aerial vehicles which it's maneuverability and simple structure has extracted fascination. In spite of this, its highly non-linear behavior can be regarded as one of its disadvantages. The dynamic model of quadrotor is nonlinear with many sources of uncertainty, so in the controller design process, robust control methods such as sliding mode, are required in order to achieve good tracking and stabilization results. In contrast to the high capabilities of sliding mode control approach, high frequency switching of the control signal, is considered as one of its disadvantages, which can be reduced by using higher order techniques. In this paper the behavior of the both first order and second order sliding mode controllers in, trajectory tracking of the position and the yaw angle to their desired values and stabilization of the roll and pitch angles of the quadrotor, under high uncertain conditions, are investigated. The second order sliding mode control was designed based on super twisting algorithm. Considering high parametric uncertainty in quadrotor data, the comparison between the results of the two methods, shows the good performance of the second order sliding mode control, in terms of tracking, stabilization and chattering reduction.

    Keywords: Quadrotor, first order sliding mode, second order sliding mode, trajectory tracking, chattering}
  • حسین کیائی، حمیدرضا حیدری*

    امروزه وسایل هوایی بدون سرنشین به دلیل هزینه پایین ، قدرت مانور بالا ، بقای خوب در هر دو زمینه نظامی و تجاری مورد توجه بسیار قرارگرفته اند. هنگام تعیین یک ماموریت برای چنین سیستم هایی، طراحی مسیر، عنصر حیاتی کل سیستم است. در میان وسایل هوایی بدون سرنشین، کوادروتورها از اهمیت بیشتری برخوردارند. توانایی های این وسیله در حمل و نقل بار هوایی توجه بسیاری از گروه های تحقیقاتی در سراسر جهان را به خود جلب کرده است. در این پژوهش طراحی مسیر بر مبنای کمترین انرژی مصرفی به منظور حمل بار مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر تابع هدف پیشنهادی به منظور طراحی مسیر بهینه برای حمل بار بر مبنای کاهش انرژی مصرف شده کوادروتورها می باشد. نتایج بیانگر کاهش %29/35 میانگین انرژی مصرفی یک کوادروتور در حالت همکار نسبت به یک کوادروتور در حالت انفرادی بود. همچنین این موضوع نشانگر افزایش ظرفیت حمل بار در حالت گروهی می باشد. از سوی دیگر آرایش رهبر پیرو مورد نظر نیز با توجه به روابط تعریف شده ایجاد، و تا انتهای مسیر حفظ شده است. نتایج شبیه سازی قدرت روش و توانایی آن برای حل مسایل پیچیده نظیر طراحی مسیر حرکت کوادروتور های همکار به منظور حمل بار را نشان می دهد.

    کلید واژگان: طراحی مسیر, ربات های همکار, کوادروتور, کنترل بهینه, انتقال بار}
    Hossein Kiaee, Hamidreza Heidari *

    Today, unmanned aerial vehicles are highly considered for both military and commercial fields due to low cost, high maneuverability, and good survival. One of the most important design challenges of multi-UAV systems is mission planning. In the broad class of unmanned aerial vehicles (UAV), Quadrotor is an important member. The capabilities of this vehicle in load transportation has attracted the attention of many research groups around the world. In this paper, path planning based on the minimum energy consumption is studied for load transportation. The purpose of the present study is to investigate the effect of proposed cost function in order to obtain optimal path for transporting loads based on reducing the energy consumption of quadrotors. The results indicate the 35.29% energy consumption of multi UAV compared to the energy consumption of an individual quadrotor. This also leads to an increase in load carrying capacity. On the other hand, the leader- follower formation is preserved until the end of the path based on the defined relationships. The simulation results illustrate the power and efficiency of the method to overcome the high nonlinearity nature of the problem such as path optimization of multi-rotor helicopters.

    Keywords: path planning, cooperative robots, Quadrotor, Optimal control, Load transportation}
  • روح الله پوربافرانی*، رامین رامیار، علی اکبر موسویان

    امروزه پرنده های بدون سرنشین عمود پرواز بدلیل قابلیت بالا در مانوردهی و ساختار نسبتا ساده، در بسیاری از زمینه ها مورد توجه قرار گرفته اند. بدلیل رفتار شدیدا غیر خطی زیر سیستم ها و همچنین تحت کمبود عملگر بودن سیستم کنترلی، کنترل این پرنده ها بخصوص در شرایط اغتشاشی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. پژوهش پیش رو به بررسی امکان استفاده از مکانیزم های پایدارساز مجزا با ساختار بسیار ساده، بجای استفاده از کنترلرهای پیچیده، در بهبود عملکرد پرنده های بدون سرنیشین ،طی پرواز در مسیر مشخص و با وجود اغتشاشات محیطی می پردازد. سیستم مورد بررسی یک کوادروتور بوده و دو مکانیزم پایدار ساز مورد استفاده عبارتند از 1-پایدار ساز پاندولی کروی و 2-پایدارساز صلیبی با دو جرم متحرک. در پژوهشهای انجام شده در زمینه پرنده های بدون سرنشین، استفاده از مکانیزم در پایدارسازی کوادروتور بسیار محدود بوده و طراحی، مدلسازی، پیاده سازی و کنترل مکانیزم های پایدار ساز نوآوری اصلی صورت گرفته در این پژوهش می باشد. در مقاله حاضر با طراحی کنترلر مناسب برای هر یک از مکانیزم های پایدارساز، عملکرد سیستم تحت شرایط اغتشاش محیطی بررسی و مقایسه می گردد. نتایج بدست آمده در این پژوهش نشان می دهد که با استفاده از مکانیزم های پایدار ساز معرفی شده، مسیر پروازی مطلوب پرنده بدون نیاز به روش های کنترلی پیچیده به خوبی ردیابی می شود.

    کلید واژگان: کوادروتور, مکانیزم پایدارساز, کنترل, تعقیب مسیر, شبیه سازی}
    Rouhollah Pourbafrani *, Ramin Ramyar, Aliakbar Moosavian

    A vertical take-off and landing (VTOL) aircraft is one that can hover, take off, and land vertically. VTOL UAVs have high maneuverability and their users are after maintaining this maneuverability. This alongside with their extreme nonlinearities and under actuating control system rises the importance of the control of flight. In this paper, the effect of using stabilizing mechanisms in trajectory tracking of quad-rotor unmanned aerial vehicles under wind gusts is studied. Two mechanisms that are simulated and used in this paper are very rare and introduced their usage for first time in this study. The first one is a spherical pendulum stabilizer and the second one is a cross stabilizer. Also appropriate controller is designed for each stabilizer mechanism. The performance of the systems are investigated in the presence of disturbing forces. The results show that instead of using complicated nonlinear control methods, the proposed stabilizer mechanism yields a desired performance. Acceptable trajectory tracking shows the successful effectiveness of the proposed stabilizers.

    Keywords: quadrotor, Stabilizing Mechanism, Control, Trajectory Tracking, Simulation}
  • جواد فرجی، جعفر کیقبادی*
    در این مقاله کنترل مود لغزشی پسگام انتگرالی به همراه فیلتر کالمن-بوسی تعمیم یافته برای کنترل و تخمین حالت های پهپاد (کوادروتور) ارایه شده است. در سیستم کوادروتور اثرات آیرودینامیکی بر روی دینامیک سیستم موردتوجه قرارگرفته و معادلات دینامیکی توسط روش نیوتن-اویلر استخراج گردیده است. رفتار کوادروتور که تحت تاثیر نیروها و ممان های آیرودینامیکی قرار دارد، غیرخطی است، اما کنترل مودلغزشی پسگام انتگرالی به خوبی توانسته سیستم دینامیکی را بدون در نظر گرفتن نویز سیستم و نویز اندازه گیری و با فرض وجود همه حالت های دینامیکی به پایداری برساند. نویز در سیستم های دینامیکی غیرقابل اغماض بوده و همچنین اندازه گیری همه حالت های سیستم در عمل بسیار پیچیده و گران است، فیلتر کالمن-بوسی توسعه یافته در ساختار کنترلی به عنوان رویت گر حالت های سیستم و برای حذف نویز در این حالت ها به کار می رود. به همین علت استفاده هم زمان از کنترل کننده-رویت گر برای کنترل و تخمین حالت های کوادروتور پیشنهادشده است. شبیه سازی عددی نشان دهنده عملکرد خوب کنترل کننده-رویت گر پیشنهادی است، به گونه ای که آن ها به خوبی توانسته اند هم حالت های غیرقابل اندازه گیری سیستم را تخمین زده و بر نویزهای سیستم و اندازه گیری غلبه کند و هم سیستم را به موقعیت موردنظر طراح برساند.
    کلید واژگان: کوادروتور, فیلتر کالمن-بوسی تعمیم یافته, کنترل کننده مود لغزشی پسگام انتگرالی, نویز}
    Javad Faraji, Jafar Keighobadi *
    In this paper, the integral backstepping sliding mode (IBSM) control with the extended Kalman-Bucy filter (EKBF) to control and state estimation of unmanned aerial vehicles (quadrotor) is provided. In the quadrotor system, the aerodynamic effects of the‏ dynamics of a system are considered, and dynamical equations are derived by the Newton-Euler method. Quadrotor's behavior, which is affected by forces and aerodynamic moments is non-linear, but the integral backstepping sliding mode control has been able to stabilize the system dynamically, without considering the system and measurement noises and assuming all the dynamic states of the system. Noise is immaterial in dynamic systems, and the measurement of all systems states in practice is very complex and expensive; for this purpose, the EKBF in the control structure is used as observer states of the system and noise reduction in these modes. Therefore, simultaneous use of the controller-observer is suggested for controlling and estimating quadrature states. The numerical simulation demonstrates the good performance of the proposed controller-observer so that they were able to estimate both the system's unobservable state and overcome system and measurement noise.
    Keywords: Quadrotor, Extended Kalman-Bucy Filter, Integral Backstepping Sliding Mode Control, Noise}
  • Hamidreza Jafari, Farid Shahmiri *

    In this paper, the particular solution technique for inverse simulation applied to the quadrotor maneuvering flight is investigated. The ‎trust-region dogleg (DL) technique which is proposed alleviates the weakness of Newton’s method used for numerical differentiation of system states in the solution process. The proposed technique emphasizes global convergence solution to the inverse simulation problem. This algorithm is evaluated by calculating the ‎control inputs necessary to enable the quadrotor to follow a specified trajectory including climb-hover and cruise-hover maneuvers. The trajectory is generated by the direct simulation using a linear ‎optimal control developed for the quadrotor. The model of rotors for the quadrotor is a ‎nonlinear model developed based on blade element theory (BET), linear aerodynamics, and non ‎uniform inflow over the rotor disc. The results show that the control inputs obtained from the inverse simulation are in good agreement with control inputs estimated by direct simulation. The results also confirm that the maximum difference between the prescribed trajectory and the trajectory generated by the direct simulation is less than 0.02%, and thus the potential application of the inverse simulation with the trust-region dogleg optimization is evident.

    Keywords: Quadrotor, Flight Dynamics, Inverse simulation, Trust-region Dogleg method}
  • محمود مزارع، احسان داودی، مصطفی تقی زاده*، مهدی پورقلی
    کوادروتور یک وسیله پرنده با 6 درجه آزادی است که قابلیت پرواز عمودی و انجام مانورهای پیچیده را داراست. کوادروتورها به سبب ساختار ذاتی خود مصرف انرژی بالایی دارند و از همین رو حداقل کردن انرژی مصرفی آنها به سبب افزایش زمان پروازی و برد عملیاتی آنها، بسیار مهم می باشد. در این مقاله به منظور بیشینه کردن زمان عملیاتی کوادروتور، الگوریتم برنامه ریزی مسیر حداقل انرژی و کنترل بهینه برای حرکت بین دو نقطه مشخص ارایه می شود. به منظور نیل به این هدف ابتدا معادلات دینامیکی کوادروتور و موتور استخراج شده، سپس با معرفی انرژی کل مصرفی باتری بعنوان تابع هزینه عملی و با استفاده از تیوری کنترل بهینه، مسیر حداقل انرژی تعیین می شود. تمامی قیود موجود نیز از طریق ضرایب لاگرانژ وارد معادلات همیلتونین شده تا مسیر حداقل انرژی بدست آمده، تمامی آنها را ارضا نماید. در انتها نتایج بدست آمده از شبیه سازی با نتایج پروفایل سرعت ذوزنقه ای مرسوم مقایسه شده که ذخیره انرژی تا چهار درصد را در مقایسه با پروفایل سرعت ذوزنقه ای مرسوم نشان می دهد. نتایج همچنین نشان می دهند که مدت زمان پرواز نسبت به طول مسیر تاثیر بیشتری در مصرف انرژی دارد. همچنین با استفاده از نتایج شبیه-سازی در وضعیت های مختلف، یک رابطه کمی بین طول مسیر و مدت زمان پرواز با میزان مصرف انرژی توسط کوادروتور استخراج شده که می تواند در تخمین حداکثر برد پرواز یا مدت زمان پرواز با توجه به میزان انرژی باتری بسیار سودمند باشد.
    کلید واژگان: کوادروتور, مسیر حداقل انرژی, کنترل بهینه, معادلات همیلتونین}
    Mahmood Mazare, Ehsan Davoodi, Mostafa Taghizadeh *, Mahdi Pourgholi
    Quadrotors have high energy consumption due to their inherent structure, hence minimization of their energy consumption play a crucial role in terms of enhancing their operational range and flight time. In this paper, optimal control based on a minimum-energy trajectory planning algorithm of a quadrotor has introduced between two certain points to maximize operation time. To do this, first, dynamic equations of quadrotor and Brushless motor are derived. Energy consumption of quadrotor is introduced as a cost function and the minimum energy path is determined using optimal control theory. To satisfy constraints, all of them are combined with a Hamiltonian equation using Lagrange multiplier. Finally, simulation results are compared with results of conventional trapezoidal velocity profile which shows energy saving up to 4% compared with conventional trapezoidal velocity profile. Also, results reveal that the influence of operation time is far more than path length on energy consumption. In order to verify the validity of the simulation results, they are compared with the results of an experimental model which is consisting Brushless motor, sensor and, control board. As well as using simulation results in different situations, a mathematical equation was extracted among path length, operation time and energy consumption which can be useful to estimate the maximum flight range or operation time considering the amount of energy of the battery.
    Keywords: Quadrotor, minimum energy trajectory, Optimal control, Hamiltonian equations}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال