جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "unmanned aerial vehicle" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «unmanned aerial vehicle» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
پرواز یک پرنده بدون سرنشین بال ثابت به دلیل وجود نامعینی های مدل، نویز اندازه گیری، اغتشاشات محیط مانند باد و پدیده آیرودینامیکی اثر زمین یک مسئله چالش برانگیز است. از این رو، دانستن اطلاعات دقیق از پدیده باد و همچنین متغیرهای حالت از اولویت های پرواز خودکار وسایل بدون سرنشین به شمار می آید. در این پژوهش، روش ناوبری مدل مبنا به منظور تخمین مدل باد و متغیرهای حالت در یک پرنده بدون سرنشین بال ثابت ارائه شده است. به این منظور، ابتدا مدل سازی پرنده انجام شده است. سپس برای مدل کردن باد از مدل های استاندارد موجود در مراجع شامل مدل باد ثابت و مدل باد 1-cosine استفاده شده است. در گام بعد، از روش ناوبری مدل مبنا به منظور تخمین مدل باد و نیز تخمین لحظه ای متغیرهای حالت استفاده شده است. در این روش، خطاهای سرعت، موقعیت و وضعیت پرنده در سیستم مختصات اینرسی از تلفیق سیستم ناوبری اینرسی و سیستم تعیین موقعیت یاب جهانی با استفاده از یک فیلتر کالمن تخمین زده می شود. همچنین از یک فیلتر UKF به منظور تخمین متغیرهای حالت پرنده و سرعت های باد مبتنی بر خروجی های سیستم ناوبری اینرسی استفاده می شود. در نهایت، سیستم ناوبری تلفیقی در هر لحظه بهترین تخمین مدل باد و متغیرهای حالت پرنده را مبتنی بر تلفیق خروجی های فیلتر کالمن و فیلتر UKF پیدا می کند. نتایج شبیه سازی حاکی از کارآیی مناسب روش ناوبری مدل مبنا به منظور تخمین مدل باد و متغیرهای پرنده در پرواز پرنده بدون سرنشین بال ثابت است.کلید واژگان: پرنده بدون سرنشین بال ثابت, مدل باد, تخمین باد, تخمین متغیرهای حالت, ناوبری مدل مبناThe flight of unmanned aerial vehicles is often associated with model uncertainties, measurement noises, and environmental disturbances such as wind gust. To mitigate these challenges, the accurate estimation of states is vital. Moreover, the wind model and its parameters should also be estimated and compensated during the flight. In this paper, a model-aided inertial navigation is implemented for this purpose. To investigate the performance of the model-aided inertial navigation, two different models including constant wind and “1-cosine” model are considered. The model-aided inertial navigation integrates the output from a dynamics model of unmanned aerial vehicle in the navigation system to simultaneously estimate the model of wind as well as the current states. The results show that the model-aided inertial navigation provides good performance and the wind model is properly estimated. Moreover, small estimation errors, obtained from the simulations, prove the good performance of this approach in estimation of states and wind model.Keywords: Unmanned Aerial Vehicle, Wind Models, Wind Estimation, State Estimation, Model-Aided Inertial Navigation
-
Planning the flight path for a fleet of fixed-wing unmanned aerial vehicles during search and rescue operations poses a significant challenge as it requires minimizing search time and optimizing the formation of the unmanned aerial vehicles. This paper proposes a novel integration of a leaderfollower formation flight technique for multiple fixed-wing unmanned aerial vehicles with a minimumtime search path planning algorithm. In the first step, the proposed algorithm, based on continuous ant colony optimization, plans a sequence of safe and feasible waypoints for the leader while determining appropriate azimuth angles for the followers. In the next step, the algorithm utilizes a nonlinear threedegree-of-freedom model, developed based on a leader-follower formation flight technique, to plan the followers’ flight paths. Applying Dubins curves based on kinematic constraints of the unmanned aerial vehicles not only reduces computational time but also ensures the feasibility of the best search paths between planned waypoints. Furthermore, in the presence of static obstacles, a developed function in the planning process addresses collision and obstacle avoidance constraints. The effectiveness and performance of the suggested method in detecting targets in minimum-time search missions and the ability of the planner to reconfigure the formation of unmanned aerial vehicles in cluttered environments are demonstrated through comprehensive simulation studies and Monte Carlo analysis .Keywords: Ant Colony Optimization, Search, Rescue, Reconfiguration, Unmanned Aerial Vehicle, Dubins Curve
-
The paper investigates the aerodynamic performance and power requirement characteristics of wing sections integrated with high-lift airfoil to support the operation of solar-powered Unmanned Aerial vehicle (UAV). The flight mission is aimed to simulate the operation of solar-powered UAVs under low -speed environment. The research focuses on studying the aerodynamic effect of non-solar UAV wing model and solar UAV wing model for the varying angle of attack. The UAV wing models are tested using a subsonic wind tunnel to validate the aerodynamic characteristics at low-speed condition. The aerodynamic parameters such as coefficient of lift (Cl), coefficient of drag (Cd), coefficient of pressure (Cp), and the total power required to accelerate the solar UAV are studied to maintain steady level flight. The solar UAV and non-solar UAV wing models were subjected to a computational process to examine the pressure and velocity distributions for the aerodynamic performance analysis. Evident results show that the solar cells positioned at the flow separation region of the UAV wing model produces an aerodynamic efficiency rate of 5.45% and required 37.13W of minimum power compared to non-solar UAV at the Reynolds number of 9.8 106.Keywords: Aerodynamics drag, Computational Study, Solar cell, Unmanned aerial vehicle, Wind tunnel
-
پرنده های بدون سرنشین (کوادکوپتر، هگزاکوپتر، اوکتاکوپتر و...) می توانند منبع تولیدکننده سرو صدای شدید باشند. سرو صدای تولیدی زیاد این پرنده ها آن ها را نامناسب مناطق با جمعیت بالا به ویژه در شرایط بلند شدن از زمین و فرود آمدن یا پرواز در سطوح پایین می کند. این پژوهش به بررسی روش ها و ارایه راهکارهایی جهت کاهش یا از بین بردن سرو صدای تولیدی پهپادها می پردازد. برای کاهش سرو صدای تولیدی هر دو روش فعال و غیرفعال در نظر گرفته شده است. راهکارهایی همچون صدا خفه کن برای موتورهای پیستونی، پروانه از نوع Q-tip، تعدد تعداد پره های پروانه، مرزهای جاذب و بازتاب دهنده، پره های داکت شده، داکت های جاذب صوت، همگام سازی، کاهش نویز چند کاناله فعال (ANC) به همراه سیستم ثانویه تعبیه شده به صورت مدور در اطراف پروانه و سیستم های با پروانه های مغناطیسی معرفی شده اند.
کلید واژگان: پهپاد, سرو صدا, ملخ, جذب صدا, کنترل نویز فعالUnmanned aerial vehicles (UAVs) like drones (quadcopters, hexacopters, octocopters etc.) can be a source of a significant acoustic noise. High noise makes them less suitable for use in densely populated urban areas, particularly during take-off, landing and low level flight, due to the noise annoyance. This paper reviews methods and proposes some concepts for attenuation of UAV noise. Both passive and active solutions are considered. Solutions with piston engine silencer, Q-tip propeller, more propeller blades, absorptive and reflective barrier, ducted propeller, sound absorbing ducts, synchrophaser, multichannel active noise cancellation (ANC) system with secondary sources circularly arranged around the propeller and the system with magnetically excited propeller blades are mentioned.
Keywords: Unmanned Aerial Vehicle, Noise, Propeller, sound absorption, Active Noise Control -
In this paper, the problem of self-tuning of coupling parameters in multi-agent systems is considered. Agent dynamics are described by a discrete-time double integrator with time-varying nonhomogeneous input gain. The coupling parameters defining the strength of agents interactions are locally self-tuning by each node based on the velocities of its neighbors. The cost function is equal to the square of the local error between the agent velocity and the weighted average of the velocities of interacting neighbors. So, the proposed algorithm is the normalized gradient algorithm which is minimized the square of the local error between the agent velocity and the one step delayed average of the velocities of its neighbors. Provided that the underlying graph is strongly connected, it is shown that the sequence of the inter-agent coupling parameters generated by the proposed algorithm is convergent. Also, assuming the suitable initial condition on coupling parameters, it is proved that the network achieves average consensus. In other words, the agent velocities converge toward the average of the initial velocities values. Furthermore, the distance among agents converges to a finite limit. Simulation results illustrate effectiveness of the proposed method.Keywords: Multi-Agent System, Unmanned aerial vehicle, Self-tuning consensus, Double integrator agent dynamics, Directed Graph
-
در این تحقیق سعی شده است تا با ارایه یک روش، مشکلات مربوط به بهینه سازی های چندهدفه مقید (پیاده سازی، زمان محاسبات و سادگی) تا حدودی برطرف شود. این روش که بر مبنای منطق فازی است یک مساله بهینه سازی چندهدفه مقید را به یک مساله بهینه سازی تک هدفه نامقید تبدیل می کند و به این شکل بسیاری از مشکلات ذکر شده برطرف می شود. جهت نشان دادن کارآیی روش، سه بهینه سازی طراحی یک هواپیمای بی سرنشین انجام شده است. هدف بهینه سازی اول، مقایسه عملکرد این روش با دو روش معروف بهینه سازی چندهدفه است. هدف از بهینه سازی های دوم و سوم نیز نشان دادن این قابلیت از روش پیشنهادی است که برحسب ضرورت طراح می تواند به شکل آگاهانه درجه اهمیت را روی توابع هدف و یا قیود تغییر دهد. نتایج بهینه سازی ها نشان می دهند که زمان محاسبات با استفاده از روش پیشنهادی کاهش یافته و همچنین با تغییر درجه اهمیت، دو طرح کاملا متفاوت به دست آمده است.
کلید واژگان: بهینه سازی چندهدفه, بهینه سازی طراحی چندموضوعی, منطق فازی, الگوریتم ژنتیک, هواپیمای بی سرنشنینThis research tries to propose a method to solve problems related to constrained multi-objective optimizations (implementation, computation time, and simplicity). This method, based on fuzzy logic, converts constrained multi-objective optimization problem into unconstrained single-objective optimization problems so many of the mentioned problems are solved. To demonstrate the efficiency of this method, three multidisciplinary design optimizations of an unmanned aerial vehicle have been performed. The aim of the first optimization is to compare the performance of the proposed method with two well-known methods of multi-objective optimizations. The purpose of the second and third optimizations is to show this capability of the proposed method that the designer, according to need, can consciously change the degree of importance on the objective functions or constraints. The results of the optimizations show that the computational time has been reduced, and two different optimal designs have been obtained by changing the degree of importance.
Keywords: Multi-Objective Optimization, Multidisciplinary design optimization, Fuzzy logic, Gentic algorithm, Unmanned Aerial Vehicle -
Journal of Aerospace Science and Technology, Volume:14 Issue: 1, Winter and Spring 2021, PP 117 -127The purpose of this paper is to present a Multi-Input Multi-Output (MIMO) linear controller based on the eigenstructure assignment method for a fixed-wing Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in longitudinal and lateral-directional channels. To this end, a six degree-of-freedom model of the aerial vehicle is considered, where dynamic modes of the system in each channel are analyzed, and the effect of each dynamic mode on state and output variables of the system is investigated. Then, the eigenvalue and eigenvector parameters of the designed controller are appropriately assigned for the system dynamic modes in each channel. In addition, the system requirements of each dynamic mode are satisfied with the proposed controller, and the adverse interaction between the system state variables is minimized. The capability and effectiveness of the designed controller in a desired maneuver are demonstrated with a nonlinear model simulation of a fixed-wing UAV. In this regard, the results in longitudinal and lateral-directional channels are presented.Keywords: Eigenstructure assignment, Multi-Input - Multi-Output Controller, Unmanned Aerial Vehicle
-
This paper aimed at presenting a number of suggested improvements that can enhance the performance of a multi-rotor Unmanned Aerial Vehicle. Evaluating each suggestion in terms of the added benefits and feasibility concluded a final choice, which is incorporating a sinusoidal leading-edge profile to the propeller. This choice was numerically investigated with ANSYS Fluent 16.1 through the SST K-Omega turbulence model. The performance of the modified propeller was assessed by comparing the lift and drag results to the same propeller with a straight leading-edge under the same conditions. Both models were studied at pre-stall and post-stall conditions to see the performance effect with respect to the angle of attack. The findings of this research showed 7% increase in the lift force and coefficient that were associated with the addition of the sinusoidal leadingedge including improved recovery from stall spanning from angle of attack that extends between 10° to 25°. This research also provides more insights into how the delayed stall and improved lift help the multirotor to extend flight time and carry heavier payloads. It allows for the exploration of the inner working of the sinusoidal leading-edge and its relationship with the flow field over the propeller.
Keywords: Unmanned aerial vehicle, Numerical investigation, Stall, Sinusoidal leading-edge -
در این مقاله به بحث، بررسی و توسعه الگوریتم طراحی مسیر برای ماموریت تعقیب هدف متحرک پرواز گروهی هواپیماهای بدون سرنشین پرداخته می شود. مطابق با الزامات هواپیمای بدون سرنشین بال ثابت، برای تعقیب هدف متحرک و همچنین ماموریت دوری از موانع در محیط های پیچیده، الگوریتم جدیدی از ترکیب الگوریتم میدان برداری لیاپانوف با الگوریتم میدان پتانسیل بهبود یافته ارائه می شود. الگوریتم میدان برداری لیاپانوف در تعقیب هدف متحرک توانا بوده ولی پاسخی در حضور موانع ندارد. الگوریتم میدان پتانسیل در حضور موانع به خوبی عمل می کند. الگوریتم دینامیکی جدید ارائه شده از مزایای الگوریتم پتانسیل بهبود یافته برای دوری از موانع و همچنین از قابلیت الگوری الگوریتم میدان برداری لیاپانوف در تعقیب هدف متحرک توانا بوده ولی پاسخی در حضور موانع ندارد. الگوریتم میدان پتانسیل در حضور موانع به خوبی عمل می کند. تم میدان برداری لیاپانوف برای تعقیب اهداف متحرک استفاده می نماید. از مزایای این الگوریتم، درلحظه یا برخط بودن و پویایی آن برای تعقیب هدف متحرک و در عین حال دوری از موانع و همچنین قابلیت محاسباتی سریع می باشد که سبب می شود الگوریتم در محیط های پیچیده به خوبی عمل نماید. در ادامه الگوریتم ارائه شده برای پرواز گروهی هواپیماهای بدون سرنشین طراحی می شود. نتایج ارائه شده به خوبی بیانگر آن است که الگوریتم ترکیبی ارائه شده، قابلیت پیاده سازی در محیط های پیچیده را دارا می باشد.کلید واژگان: طراحی مسیر, الگوریتم میدان برداری لیاپانوف, الگوریتم پتانسیل بهبودیافته, پرواز گروهی هواپیماهای بدون سرنشین, تعقیب هدف متحرکthis paper discussed and introduced a new path-planning algorithm, based on improved potential field and Lyapunov guidance vector field. According to the requirements of the unmanned aerial vehicle for tracking and avoidance obstacle mission, a real-time method is proposed by combining the Lyapunov guidance vector field and improved potential flow field, eventually, the proposed method used for coordinated tracking and obstacle avoidance application. The features of this newly introduced algorithm are real-time, fast computing and obstacle avoidance capability which causes the algorithm to perform well in complex environments and applications like coordinated tracking of unmanned aerial vehicles. Improved potential flow field (IPFF) primarily provides avoidance obstacle feature and Lyapunov guidance vector field provides tracking feature for this newly introduced algorithm. To achieve the mission of tracking the target and avoid the obstacle at the same time, the guidance vector field by LGVF is taken as the original vector field of IPFF. The results prove that the new hybrid and combined method are applicable to complex environments and complex application like coordinate tracking of moving target can be used in real-time applications.Keywords: Lyapunov Guidance Vector Field, Improved Potential Flow Field, Unmanned Aerial Vehicle, Tracking
-
یکی از مشکلات پرنده های بدون سرنشین خطر فرود ناموفق یا برخورد با زمین است. هدف این مقاله، تخمین دقیق و پیوسته موقعیت پرنده نسبت به نشانگر فرود با استفاده از تصاویر دوربین پرنده و در نهایت فرود خودکار بر روی محل از پیش تعیین شده است. پردازش ها به صورت همزمان و با کمترین تاخیر انجام می شوند. برای فرود دقیق و کاهش اثرات تاخیرهای موجود در حرکت پرنده الگوریتمی به نام "روش برش حرکتی" ارائه می شود که حرکت در نزدیکی نشانگر را به بازه های کوچک "حرکت" و "انتظار" تقسیم می کند. مدت زمان و سرعت حرکت متناسب با فاصله پرنده از هدف تنظیم می شود. نتایج آزمایش های تجربی موفقیت عملکرد روش ارائه شده را تایید می کند و پرنده می تواند با دقت زیر 3 سانتیمتر و زمان کمتر از 15 ثانیه با موفقیت بر روی هدف فرود آید.کلید واژگان: پرنده بدون سرنشین, کوادروتور, فرود خودکار, تخمین موقعیت, بینایی ماشینUnmanned aerial vehicles (UAVs) have recently become very useful in human's life. Unsuccessful landings or the danger of collision in landing is one of the problems of quadrotor UAVs. The goal of this paper is to present a precise and continues pose estimation method using monocular machine vision for a quadrotor to automatically land on a predefined place. For an accurate landing and to reduce the effects of existing delays in the drone's motion we propose an algorithm called "time slicing method", which divides the drone's moves close to the marker into smaller intervals called "movement" and "waiting". The time and the speed of the movements are proportional to the distance of the drone from the marker. The processing is parallel and of a minimum delay. Experimental results verify the success of our method and show that the drone can successfully land on the marker with an error of less than 3cm and in a time less than 15 seconds.Keywords: unmanned aerial vehicle, quadrotor, automatic landing, pose estimation, Machine vision
-
در این پژوهش، روشی نوآورانه برای محاسبه متغیرهای حساسیت مرتبه بالا و طراحی فرامین هدایت بر مبنای آن، به منظور فرود بهینه یک پرنده بدون سرنشین ارائه شده است. این روش که اصطلاحا بسط مرتبه بالای برداری نامیده می شود، بر اساس توسعه روش بسط مرتبه بالا و پیاده سازی آن بر اساس محاسبات ماتریس-مبنا شکل گرفته است. با ترکیب بسط مرتبه بالای برداری با تئوری کنترل بهینه، در این تحقیق روشی برای طراحی و استخراج فرامین شتاب به منظور مانور فرود ارائه شده است. با بهره مندی از روش پیشنهادی، متغیرهای حساسیت برای مسئله مورد نظر تا مرتبه 6ام استخراج شده و سپس با اندازه گیری میزان انحراف متغیرهای حالت از مقدار اولیه، فرمان شتاب و مسیر مرجع در شبیه سازی ها به روز می گردند. به منظور ارزیابی عملکرد، 3 سناریوی متفاوت با اغتشاشات اولیه متنوع در نظر گرفته شده و نتایج شبیه سازی قانون هدایت پیشنهادی به طور کامل ارائه شده است.کلید واژگان: بسط مرتبه بالا, کنترل بهینه, مانور بهینه, پرنده بدون سرنشینIn this research, an innovative approach has been proposed to the calculation of high order sensitivities and designing its guidance commands for an unmanned aerial vehicle landing strategy design. This method, which is called vectorised high order method, has been developed based on high order expansions method and its implementation using matrix-based mathematical calculations. In this research, a method is presented to design and extract the acceleration commands for landing maneuvers, by combining the vectorised high order expansions method and optimal control theory. Accordingly, the sensitivity variables for the given problem are calculated up to the 6th term and then the reference trajectory and acceleration command in the simulations are updated based on the initial deviations. In order to performance evaluation of the proposed method, 3 landing scenarios with the different initial deviations have been considered and the results of simulation of the proposed guidance law have been presented.Keywords: High Order Expansions, Optimal Control, Optimal Maneuver, Unmanned Aerial Vehicle
-
در این مقاله مساله عیب یابی سنسوری در سامانه های هواپایه با رویکردهای عیب یابی مبتنی بر مدل بررسی شده است. در ابتدا با استفاده از فیلتر کالمن مکان، سرعت و زوایای سیستم تخمین زده می شود و سپس با تعریف کردن سطح آستانه مناسب، رخداد عیب سنسور تشخیص داده شده است. تشخیص معیوب بودن سنسور با استفاده از متغیرهای احتمالاتی پیشرو انجام می شود. در این الگوریتم، تاثیر عیب بر روی سنسور با استفاده از کوواریانس داده ها مدل شده است. پارامترهایی الگوریتم با استفاده از شبیه سازی های مونت کارلو در حالت ایستا تنظیم می شوند. آزمایش های عددی بر روی یک پرنده هدایت پذیر از راه دور نشان می دهد که الگوریتم تشخیص عیب در جایی که حالت های سیستم رویت پذیر باشد، توانایی تشخیص عیب را دارد. زمانی که سیستم شرط رویت پذیری خود را از دست می دهد، امکان تشخیص رخداد عیب های لحظه ای وجود دارد اما توانایی تشخیص به صورت پایا وجود ندارد.کلید واژگان: سامانه های هواپایه, سامانه های هواپایه, تشخیص عیب مبتنی بر مدل, فیلتر کالمن, پهپادIn this paper, a model-based fault detection problem for air-launched systems is considered. Firstly, the position, velocity and attitudes of the system are estimated using Kalman filter, then the sensor fault is detected by defining a suitable threshold. The fault detection is done using stochastic forward variables. In this algorithm, the covariance of data is used to model the faulty mode of sensor. The Monte-Carlo simulations was used to adjust the parameters of the algorithm in static mode. Numerical experiments on an unmanned aerial vehicle show when the system states are observable the fault detection algorithm is capable to detect the sensor fault. When the system lost its observability condition, the algorithm just can detects the instantaneous faults but, the method cannot detects in the static mode.Keywords: Air-launched Systems, Model-based Fault Detection, Kalman Filter, Unmanned Aerial Vehicle
-
در این مقاله، طراحی یک کنترل کننده جدید مقاوم جهت فرود خودکار پرنده های بال ثابت بدون سرنشین بر اساس اطلاعات ارسال شده از یک سیستم ناوبری خارج از پرنده مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که دشوارترین فاز پروازی یک هواپیمای بدون سرنشین فاز فرود است، معمولا بیشترین حوادث در این فاز رخ می دهد. لذا ارائه یک سیستم فرود خودکار با دقت بالا و با وجود اغتشاشات محیطی و نامعینی های سیستم برای این فاز، اهمیت فراوانی دارد. سیستم ناوبری فرود مورد استفاده در این مقاله، یک سیستم اپتیک و لیزر قابل حمل زمینی است که از روی باند، پرنده ی هدف را تعقیب نموده و اطلاعات مربوط به زاویه سمت و ارتفاع آن را نسبت به مرکز باند فرود محاسبه می کند. اما با توجه به خارجی بودن سیستم ناوبری، ارسال اطلاعات موقعیت برای پرنده ممکن است با تاخیر برای آن ارسال شود. در این راستا، سیستم کنترل پرنده می بایست به گونه ای طراحی شود که بر اساس اطلاعات دریافتی، پایداری پرنده را باوجود نامعینی های مدل، اغتشاشات محیط و مهم تر از همه، تاخیر در ارسال اطلاعات موقعیت، حفظ نماید. لذا در این مقاله یک کنترل کننده جدید پایدارساز مقاوم برای برآورده کردن چالش های فوق و همچنین بر اساس محدودیت های ساختاری کنترل کننده ی پرنده، پیشنهاد شده است. در انتها نتایج شبیه سازی نرم افزاری بر اساس نرم افزار در حلقه ارائه شده است. نتایج نشان دهنده ی قابلیت های این روش در کنترل فرود خودکار پرنده-های بدون سرنشین است.کلید واژگان: هواپیمای بدون سرنشین, فرود خودکار, کنترل کننده H ∞-PID, ناوبری تصویری زمینیThe design of a robust controller for the automatic landing system is investigated for an unmanned fixed-wing aircraft based on an external navigation system. Since landing is the most difficult phase of flight, the major accidents are occurring in the phase. So, providing a high-precision automatic landing system in presence of environmental disturbances is very important for UAVs landing. The used landing navigation system is founded on a portable land-based laser-optics system which can track the UAV and calculate the altitude and direction of it toward the center of runway. However, the navigation system is external; sending them to the UAV can be done with a delay. In this regard, UAVs control systems must be designed such that the stability of aircraft is satisfied based on information of navigation system with considering the model uncertainty, noises, disturbance and navigation delay. So in this paper, a new robust stabilizer controller is suggested for UAVs to overcome these challenges with considering some limitation in the structure of the controller. Finally, simulation results based on laboratory software in the loop been presented. The results are indicating the capability of using proposed method for automatically landing of UAVs.Keywords: Unmanned Aerial Vehicle, Auto-landing, H?-PID Robust Controller, Ground-Vision Based Navigation Systems
-
شناسایی و بررسی موقعیت های جغرافیایی و اقلیمی مختلف جهت تحقیقات علمی و مطالعات راهبردی جزء اهم مسایل شناسایی در کشورها می باشد. امروزه استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین به دلیل قابلیت های نفوذ، ایمنی و عملکرد بالایی که دارند در بسیاری از کشورها کاربرد گسترده ای یافته اند. عملکرد درست و دقیق این سیستم ها باعث دریافت صحیح و به موقع داده ها و در نتیجه دستیابی به اطلاعات مهم می-باشد. لذا داشتن یک سیستم کنترلی مناسب و بی نقص برای کنترل هواپیماهای بدون سرنشین از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله با استفاده از الگوریتم ژنتیک جهت تنظیم کنترل کننده فازی سعی شده است یک کنترل کننده هوشمند جهت کنترل مسیر هواپیماهای بدون سرنشین در شرایط مختلف مسیر ارائه گردد به نحوی که سیستم بهینه ترین حالت پرواز را داشته باشد. در این روش ابتدا با استفاده از تئوری الگوریتم ژنتیک پارامترهای توابع عضویت و قوانین فازی کنترل کننده فازی جهت کنترل پرواز هواپیما در طول مسیر طراحی شوند که در نتیجه باعث مینیمم شدن حداکثر جهش و همچنین خطای حالت ماندگارسیستم می گردد. در ادامه با ارائه یک مدل خطی از هواپیمای بدون سرنشین و شبیه سازی آن، عملکرد درست روش مذکور مورد بررسی قرار گرفته و با روش های رایج مقایسه و نتایج ارائه گردیده اند.کلید واژگان: بهینه کردن مسیر پرواز, دینامیک خطی پرواز, کنترل کننده فازی, الگوریتم ژنتیک, هواپیمای بدون سرنشینIdentification and analysis of geographic and climatic conditions for scientific researches and strategic studies is one of the main issues in countries. Nowadays¡ the use of Unmanned Aerial Vehicle because of its safety and high performance has been widely used in many countries. Exact action of this system leads to obtain accurate data and thereby achieve critical information. Therefore¡ an appropriate control system and perfect control of the drone is important. In this paper¡ an intelligent control using Fuzzy- Genetic Algorithm is presented on longitudinal flight dynamics of an Unmanned Aerial Vehicle. In this approach¡ all the membership functions and fuzzy rules are extracted from genetic algorithm method to minimize the over shoot and the steady-state error of the system.Finally¡ an example is illustrated to compare the proposed method with the classical PID controller.Keywords: Optimized Flight Trajectory, Longitudinal Flight Dynamics, Fuzzy, Genetic Algorithm Controller, Unmanned Aerial Vehicle
-
در این مقاله، به مسئله تاثیرالزامات سامانه انطباق عوارض زمینی در طراحی مسیر بهینه و مقید برای وسایل پرنده بدون سرنشین که ملزم به پرواز برفراز عوارض زمینیدر ارتفاع پایین هستند پرداخته شده است. باتوجه به اینکه در بعضی پرنده ها از سامانه مزبور به عنوان سامانه کمک ناوبری استفاده می شود، این سیستم در مناطق ناهموار کارایی بیشتری دارد و با توجه به اینکه الگوریتم های طراحی مسیر بهینه عموما سعی در عبور مسیر از مناطق هموار و کم ارتفاع دارند، با این تناقض، تامین الزامات این سیستم کار پیچیده ای است. در این مقاله سعی در ارائه مسیر بهینه و مقید با تضمین به کارگیری سامانه انطباق عوارض زمینی شده است. بدین منظور با توسعه الگوریتمی مبتنی برشبکه جریان لایه ای روی داده های دیجیتالی عوارض زمینی و به کارگیری معادلات دینامیک سه بعدی پرنده در فضای گسسته همراه بااعمال قیود دینامیکیو تابع هزینه،مدل کاملیاز پارامترهای تاثیرگذار سامانه مزبور در آن لحاظ شده است.الگوریتم حاصله با اعمال شرایط اولیه و در کمترین زمان ممکن، مسیر بهینه و مقیدی تولید می کند که محدوده های مجاز پارامترهای تاثیرگذار سامانه مزبور در آن تامین شده است. نتایج عددی شبیه سازی، صحت این مسئله رانشان می دهد.
کلید واژگان: طراحی مسیر بهینه و مقید, پهپاد, سامانه انطباق عوارض زمینی, شبکه جریان, دنبال روی عوارض, اجتناب از نواحی تهدیدIn this paper, the problem of the Terrain Contour Matching systemrequirement effect in the constraint optimal trajectory planning of the unmanned aerial vehicles that are require to fly at low altitude over the terrain has been discussed. According to using this system in some of vehicles as a navigation aiding system,it is more efficient in rough terrain and given that the optimal path planning methods have generally attempted to cross the paved areas, with this contradiction, providing the requirements of this system is a complex task. In this paper, it's tried to meet the system requirementsin the constraint optimal trajectory design process. For this purpose, by developing an algorithm based on the layered network flow and applying dynamic equations of motion on digital terrain elevation data in the three-dimensional space with the discrete dynamical constraints and a cost function, a complete model of parameters affecting the system has been fulfilled. The resulting algorithm,by applying the initial conditions and in the least possible time,produces a constraint optimal trajectory in such a way that the requirements of the systemare satisfied. Numerical results of simulation show validity of this issue.Keywords: Trajectory Design, Unmanned Aerial Vehicle, Terrain Following, Threat Avoidance, Terrain Contour Matching, Network Flow -
در این مقاله یک عمودپرواز شش-ملخه با پیکربندی جدید، مدلسازی شده و به منظور تعقیب مسیر مطلوب، از روش فیدبک خطی ساز با دو رویکرد، استفاده گردیده است. امروزه کوادروتورها به دلیل ساختار مکانیکی ساده و قابلیت مانوردهی بالا، یکی از پراستفاده ترین پرنده های بدون سرنشین هستند ولی به دلیل ظرفیت حمل بار پایین، در برخی کاربردها با محدودیت مواجه می باشند. در مدل پیشنهادی که دارای نوآوری بوده، دو ملخ هم محور با دور ثابت و با جهت چرخش مخالف به مرکز کوادروتور اضافه گردیده تا علاوه بر افزایش ظرفیت حمل بار، باعث افزایش پایداری آن در برابر بادهای عرضی شده و در عین حال دینامیک و نحوه هدایت آن بدون تغییر بماند. مدلسازی دینامیکی پرنده به روش نیوتن- اویلر انجام شده و معادلات بدست آمده غیرخطی، زیرتحریک، جفت شده و ناپایدار می باشند. برای کنترل عمودپرواز، روش فیدبک خطی-ساز به دو صورت ارائه گردیده است. در رویکرد اول، از فیدبک خطی ساز به صورت متداول استفاده شده که کنترل کننده ای با حجم محاسبات بالا و شامل مشتق مرتبه سوم خروجی حاصل می گردد که به نویز حسگرها بسیار حساس می باشد. در رویکرد دوم، با تفکیک دینامیک پرنده به دو زیرسیستم انتقالی و دورانی، کنترل کننده سلسله مراتبی به روش فیدبک خطی ساز طراحی می گردد که به مراتب ساده تر و پیاده سازی آن نیز آسان تر می باشد. همچنین، برای جبران دینامیک عملگرها از الگوریتم فیدبک خطی ساز دو مرحله ای استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم کنترلی طراحی شده با رویکرد دوم، عملکرد بهتری در ردیابی مسیر مطلوب و کاهش اثر اغتشاش دارد.
کلید واژگان: عمودپرواز شش, ملخه, پرنده بدون سرنشین, کوادروتور بهبودیافته, فیدبک خطی سازIn this paper, modeling and feedback linearization controller for trajectory tracking of a novel six-rotor UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is developed. Because of the very simple structure and high maneuverability, quadrotors are one of the most preferred types of UAVs but the main problem of them is their small payload. In the proposed novel model, two coaxial propellers are added to the center of vehicle to improve the ability of lifting heavier payloads, and to excel anti-crosswind capability of quadrotor, while the dynamic and steering principle is preserved. The dynamic model is obtained via Newton Euler approach. Model is under actuated, nonlinear, and has strongly coupled terms. Also, two types of nonlinear controllers are presented. First one is a conventional input-output feedback linearization controller which involves high-order derivative terms and turns out to be quite sensitive to sensor noise as well as modeling uncertainty. Second controller is a feedback linearization based on the hierarchical control strategy that yields easier controller. To compensate actuator’s dynamic and moreover, to avoid complexity of controller, a two-stage algorithm is utilized. The obtained simulation results confirm that the performance of hierarchical controller is more convenient in terms of position tracking and disturbance rejection than conventional controller.Keywords: Unmanned aerial vehicle, six, rotor aircraft, modified quadrotor, feedback linearization -
در این مقاله یک عمودپرواز بدون سرنشین با پیکربندی جدید بطور کامل مدلسازی و دو سیستم کنترل غیرخطی با هدف تعقیب مسیر، برای آن طراحی و مقایسه شده است. امروزه کوادروتورها به دلیل ساختار مکانیکی ساده و قابلیت مانوردهی بالا، یکی از پراستفاده ترین پرنده های بدون سرنشین هستند ولی به دلیل ظرفیت حمل بار پایین، در برخی کاربردهای عملیاتی با محدودیت مواجه می باشند. در مدل پیشنهادی که دارای نوآوری بوده با اضافه شدن یک ملخ به مرکز کوادروتور، ظرفیت حمل بار آن بهبود یافته است. مدلسازی دینامیکی پرنده به روش نیوتن- اویلر انجام شده و معادلات بدست آمده غیرخطی، زیرتحریک، جفت شده و به شدت ناپایدار می باشند، لذا برای حرکت پرنده بطور دلخواه، بایستی سیستم کنترلی مناسب طراحی گردد. دو نوع کنترل کننده برای پرنده ارائه شده است، یکی به روش خطی سازی پسخوراند ورودی- خروجی که شامل مشتق گیری مرتبه بالای خروجی بوده و نسبت به دینامیک های مدل نشده و نویز حسگرها حساس می باشد و دیگری به روش بک استپینگ و با استفاده از رویکرد کنترل آبشاری که برای ویژگی زیرتحریک بودن پرنده مناسب بوده و دارای حجم محاسبات پایینی می باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم کنترلی طراحی شده به روش بک استپینگ عملکرد مطلوبی در پایدارسازی پرنده و تعقیب مسیر مرجع داشته و در برابر دینامیک های مدل نشده و اغتشاش مقاوم می باشد.
کلید واژگان: عمودپرواز پنج ملخه, کوادروتور بهبودیافته, کنترل بک استپینگ, خطی سازی پسخوراند ورودی خروجیIn this paper, modeling and tow type of nonlinear controller for trajectory tracking of a novel five-rotor UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is developed. Because of the very simple structure and high maneuverability, quadrotors are one of the most preferred types of UAVs but the main problem of them is their small payload. In the proposed novel model, one propeller is added to the center of vehicle to improve the ability of lifting heavier payloads, and to excel anti-crosswind capability of quadrotor. The dynamic model is obtained via Newton Euler approach. The model is under actuated, nonlinear, and has strongly coupled terms. Also, two types of nonlinear controllers are presented. First one is a conventional input-output feedback linearization controller which involves high-order derivative terms and turns out to be quite sensitive to sensor noise as well as modeling uncertainty. Second controller is a BackStepping controller based on the hierarchical control strategy that yields easier controller. The obtained simulation results confirm that the performance of BackStepping controller is convenient in terms of stability, position tracking and it is robust in presence of disturbance.Keywords: Unmanned aerial vehicle, five, rotor aircraft, modified quadrotor, feedback linearization, backstepping controller -
در این مقاله یک عمودپرواز بدون سرنشین با پیکربندی جدید شامل پنج روتور بطور کامل مدلسازی و یک سیستم کنترلی تعقیب مسیر، برای آن طراحی و شبیه سازی شده است. عمودپرواز مشابه کوادروتور بوده، با این تفاوت که یک ملخ با دور ثابت و قابلیت ایجاد نیروی تراست بالا، به مرکز آن اضافه گردیده است. ملخ اضافه شده مشکل پایین بودن ظرفیت بار مفید کوادروتور را برطرف نموده و همچنین باعث افزایش پایداری آن در برابر بادهای عرضی می شود. ساختار پیشنهادی کاملا دارای نوآوری است. به منظور اعتبار سنجی، مدلسازی دینامیکی سیستم هم به روش نیوتن- اویلر و هم به روش لاگرانژ انجام شده است. معادلات بدست آمده غیرخطی، زیرتحریک، جفت شده و به شدت ناپایدار می باشند، لذا برای حرکت پرنده بطور دلخواه، بایستی سیستم کنترلی مناسب طراحی شود. در این مقاله روش فیدبک خطی ساز ورودی- خروجی با در نظر گرفتن مدل دقیق به کار رفته و برای سیستم خطی شده نیز از کنترل کننده بهینه تنظیم کننده خطی مرتبه دو استفاده می گردد. کنترل کننده شامل مشتق گیری مرتبه بالا بوده و نسبت به دینامیک های مدل نشده حساس است بنابراین نمی توان از تاثیر عملگرها در مدل صرف نظر کرد. از طرفی اضافه کردن دینامیک عملگرها به دینامیک سیستم باعث افزایش پیچیدگی طراحی و پیاده سازی سیستم کنترلی می شود. لذا به منظور جبران دینامیک عملگرها از یک کنترل کننده ثانویه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم کنترلی طراحی شده عملکرد مناسبی در پایدارسازی، تعقیب مسیر مطلوب و کاهش اثر اغتشاش دارد.
کلید واژگان: عمودپرواز پنج ملخه, پرنده بدون سرنشین, کوادروتور, فیدبک خطی ساز ورودی خروجیIn this paper, modeling and design of a trajectory tracking control system for a novel multi-rotor UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is developed. The UAV is similar to a quadrotor with an extra no feedback propeller which is added to center of vehicle. The additional rotor improves the ability of lifting heavier payloads, and anti-crosswind capability for quadrotor. For validation, the dynamic model is obtained via both Newton Euler and Lagrange approaches. The dynamical model is under actuated, nonlinear, and has strongly coupled terms. Therefore, an appropriate control system is necessary to achieve desired performance. The proposed nonlinear controller of this paper is an input-output feedback linearization companioned with an optimal LQR controller for the linearized system. The controller involves high-order derivative terms and turns out to be quite sensitive to un-modeled dynamics. Therefore, precise model of UAV is derived by considering actuator’s dynamics. To compensate the actuator’s dynamic and moreover, to avoid complexity in the controller, a second control loop is utilized. The obtained simulation results confirm that the proposed control system has a promising performance in terms of stabilization and position tracking even in presence of external disturbances.Keywords: Unmanned aerial vehicle, five, rotor aircraft, modified quadrotor, Input, Output Feedback Linearization -
در این مقاله، به مسئله تاثیر خطای ناوبری در طراحی مسیر پرنده های بدون سرنشینی که ملزم به پرواز برفراز عوارض زمینی در ارتفاع پایین هستند پرداخته شده است. باتوجه به اینکه سیستمهای ناوبری اینرسی مشکل افزایش انحراف برحسب زمان دارند، داشتن پرواز ایمن و بدون برخورد با عوارض زمینی در ارتفاعات پایین، از نکات اساسی طراحی مسیر اینگونه پرنده ها تلقی می گردد. از طرف دیگر، بعضی پرنده ها از ترکام به عنوان سیستم کمک ناوبری استفاده می کنند. این سیستم در مناطق ناهموار کارایی بیشتری دارد و لذا تامین الزامات آن در کنار قیود دیگر کار پیچیده ای است. در این مقاله تلاش شده محددودیتهای فوق در فرآیند طراحی مسیر لحاظ گردد. برای این منظور، از الگوریتمی مبتنی برشبکه جریان لایه ای روی نقشه های دیجیتالی عوارض زمینی استفاده شده که قابلیت بالایی در پذیرش انواع قیود داشته و مسیری بهینه و قطعی تولید می نماید. بنابراین با بکارگیری معادلات دینامیک حرکت سه بعدی پرنده در فضای گسسته همراه با قیود دینامیکی و معیارهای بهینگی مختلف، مدل کاملی از خطای ناوبری و همچنین پارامترهای تاثیرگذار ترکام در الگوریتم مزبور اضافه شده تا مسیر شدنی تولید نماید که احتمال برخورد به عوارض به صفر کاهش یابد، ضمن اینکه الزامات ترکام را تامین نماید. الگوریتم حاصله با اعمال شرایط اولیه و در کمترین زمان ممکن، مسیر مزبور را تولید می کند. نتایج عددی، صحت این مسئله را نشان می دهد.
کلید واژگان: طراحی مسیر, پرنده بدون سرنشین, خطای ناوبری, شبکه جریان, تطبیق کانتور عوارض زمینیNavigation Error Effect in the Terrain Following Based Constraint Optimal Trajectory Design for UAVsIn this paper, the problem of the navigation error effect for the optimal and constraint Trajectory of the UAVs that are required to fly at low altitude over terrains has been discussed. Due to the increasing deviation problem of inertial navigation systems in terms of time, having a safe flight and collision avoidance with terrain at low altitude is the main point in the trajectory design of this type of the vehicles. On the other hand, some of these vehicles use Terrain Contour Matching (TERCOM) as a navigation aiding system. This system is more efficient in rough terrains, and providing the requirements of this system beside other constraints is a complex task. In this paper is tried to meet these constraints in the trajectory design process. For this purpose, an algorithm based on the layered network flow on the digital terrain maps used in a manner that has a high potential in adoption of various constraints and optimal trajectory is generated. Then, using equations of motion on a terrain digital data in 3D space with the dynamical constraints and different optimality criteria, a complete model of navigation error and also parameters affecting TERCOM has been developed to generate feasible path reducing terrain collision probability to zero.. Numerical results show validity of this issue.
Keywords: Trajectory Design, Unmanned Aerial Vehicle, Navigation Error, Network Flow, TERCOM -
هدف از این مقاله، هدایت سه بعدی یک پرنده بدون سرنشین با استفاده از استراتژی کنترل غیرخطی است. به همین منظور، ابتدا مدل ریاضی خطای ردگیری مسیر مرجع برای پرنده بدون سرنشین ایجاد و سپس با استفاده از پایداری لیاپانوف، فرامین هدایت تولید شده است. در این راستا بخشی از ترم های تابع لیاپانوف به صورت نمایی پایدار شده و بخشی دیگر، با اضافه کردن یک سری ترم های اغتشاشی به ورودی متغیرهای حالت خطای مربوطه و توسعه یک سیستم دینامیک مجازی و استفاده از راهبرد H_∞ غیرخطی، مبادرت به پایدارسازی و حذف اغتشاشات مربوطه شده است. همچنین به منظور به کارگیری رویکرد مزبور و اجتناب از پیچیدگی مسئله، رهیافت بهینگی معکوس جهت استخراج کنترل کننده مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت، کنترل پایدارساز مزبور به فرامین هدایتی اضافه شده که در مجموع، پایداری کل سیستم از دیدگاه لیاپانوف و همچنین بهینگی آن به دلیل کمینه نمودن یک تابع هزینه، تامین شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که پرنده مورد نظر با استفاده از الگوریتم مذکور، مسیر پروازی را به خوبی دنبال می کند.
کلید واژگان: ردگیری مسیر پرواز, کنترل H, ∞ غیرخطی, پرنده بدون سرنشین, بهینگی معکوسThe purpose of this paper is the three-dimensional guidance tracking of an unmanned aerial vehicle using robust nonlinear control strategy. For this purpose, the model of the reference tracking error is produced first, and using Lyapunov stability guidance commands are then provided. Terms of the Lyapunov equation is exponentially stable, partly by adding a set of disturbance variables to the input error state variables and Developing a virtual dynamic system, the stabilization and disturbance rejection is provided using nonlinear H∞ strategy. In order to apply this strategy and avoid the complexity of the problem, the inverse optimality approach is used to derive the controller. Finally, the stabilizer control added to guidance commands, and the Lyapunov stability of the whole system from optimality perspective due to the minimization of a cost function is provided. The simulation results indicate that by using this algorithm, the UAV follows the flight trajectory as well.Keywords: Trajectory Tracking, Robust Nonlinear Control, Nonlinear H, ∞ Control, Unmanned Aerial Vehicle, Inverse Optimality
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.
©2000-2025 magiran.com All Rights Reserved.