هروتورراهچ داپهپ رلرتنک درکلمع يزاسه نيهب رب يراکتبا ارف ياهمتيروگ

Transcript

1 چهارروتوره پهپاد کنترلر عملکرد بهينهسازي بر ابتکاري فرا الگوريتمهاي عملکرد تحليلي بررسي تيکني وحيد شهبازي حامد اصفهان اصفهان دانشگاه مهندسی و فنی دانشکده استاديار اصفهان اصفهان دانشگاه مهندسی و فنی دانشکده ارشد کارشناسی دانشجوي 394//5 دريافت: تاريخ 395/0/07 پذيرش: تاريخ چکيده PD PD کليدي واژگان مقدمه زمستان و پاييز دوم شمارة پنجم سال

2 بررسي تحليلي عملکرد الگوريتمهاي فرا ابتکاري بر بهينهسازي عملکرد کنترلر پهپاد چهارروتوره Ω Rotor Y Z yaw ψ X Rotor 4 Ω 4 roll φ pitch θ Ω Ω 3 Rotor Rotor 3 شکل. ساختار پهپاد چهارروتوره PD X f ( X, U) X U X U U U U U 3 4 x x y y LQR r T x, y, T,, sθ cos c. c R s. c s cθ c.s.s - s.c s.s.s - c.c c. s R sin c.s.c - s.s s.s.c - c.s c. c PD PD F b i i i i b. نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 56

3 حامد شهبازي وحيد تيکني u b 3 u b 3 4 u d 4 3 d,, p, q, r d 4 4 T F i b i i x 0 y g 0 R R T m i 0 0 M M G u( t) K e( t) K K d K i p t 0 e( t) K PD D d dt e( t) K p M M G M Lb 3 4 M Lb d 3 4 i u x cos sin cos sin sin m u y cos sin sin sin cos m g u cos cos m. P K i e(τ) dτ Plant D K p e(t) K d de(t) dt Output شکل. بلوک دياگرام کنترلر تناسبي - مشتقگير انتگرالگير yy xx yy xx J R y xx yy J r xx J x m r yy d u4 yy d u xx u3 L yy y x R m g k pe Kd( ) Ki E U( ) cos cos u U 4 b 3 4 U 3 U U 57 سال پنجم شمارة دوم پاييز و زمستان 395

4 بررسي تحليلي عملکرد الگوريتمهاي فرا ابتکاري بر بهينهسازي عملکرد کنترلر پهپاد چهارروتوره U ( ) k E K ( ) K pp p U ( 3) k E K ( ) K pt t U ( 4) k E K ( ) K ps K i K d K p s dt dp ds it ip is E p s E t E m. r e u y شکل 3. روند محاسبة بهرههاي کنترلي با الگوريتمهاي فرا ابتکاري نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 58

5 φ(rad) Best Cost حامد شهبازي وحيد تيکني t s e ss t r M p SE J e i M e e t t pi ssi si ri TSE AE TSE AE SE SE e ( t) dt 0 AE e( t) dt 0 TSE te ( t) dt 0 PD HS Algorithm Genetic Algorithm PSO Algorithm teration شکل 4. تابع هزينة طراحي کنترلر PD با الگوريتمهاي فرا ابتکاري Genetic Algorithm HS Algorithm PSO Algorithm شکل 5. پاسخ کنترلر PD به ورودي پله براي کنترل رول 59 سال پنجم شمارة دوم پاييز و زمستان 395

6 ψ(rad) θ(rad) بررسي تحليلي عملکرد الگوريتمهاي فرا ابتکاري بر بهينهسازي عملکرد کنترلر پهپاد چهارروتوره HS Algorithm PSO Algorithm Genetic Algorithm شکل 6. پاسخ کنترلر PD به ورودي پله براي کنترل پيچ PSO Algorithm HS Algorithm Genetic Algorithm شکل 7. پاسخ کنترلر PD به ورودي پله براي کنترل ياو جدول. مشخصههاي پاسخ کنترلر به ورودي پله براي کنترل رول K p K D K M p (%) t r t s E ss GA PD PSO PD HS PD جدول. مشخصههاي پاسخ کنترلر به ورودي پله براي کنترل پيچ K p K D K M p (%) t r t s E ss GA PD PSO PD HS PD نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 60

7 حامد شهبازي وحيد تيکني جدول 3. مشخصههاي پاسخ کنترلر به ورودي پله براي کنترل ياو K p K D K M p (%) t r t s E ss GA PD PSO PD HS PD PWM PWM (ESC) PWM MU GY80 شکل 8. نحوة قرارگيري ربات روي پايه با سه درجه آزادي شکل 9. نحوة قرارگيري ربات روي پايه با يک درجه آزادي DC 6 سال پنجم شمارة دوم پاييز و زمستان 395

8 بررسي تحليلي عملکرد الگوريتمهاي فرا ابتکاري بر بهينهسازي عملکرد کنترلر پهپاد چهارروتوره Rx est Rx acc Rx weight weight Ry est Ry acc Ry weight weight MU R est R acc R weight weight g ADC R acc R R est weight PD شتابسنج سه محوره x y ESC موتور حسگر GY80 ميکروکنترلر ژيروسکوپ سه محوره x y ESC ESC موتور موتور 3 s φ θ ψ ESC موتور 4 شکل 0. بلوک دياگرام نمونة آزمايشگاهي PD نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 6

9 حامد شهبازي وحيد تيکني φ(rad) φ(rad) φ(rad) Gyroscope Output Accelerometer Output Kalman Filter شکل. خروجي حسگرها و فيلتر کالمن در حالت موتور خاموش Gyroscope Output Accelerometer Output Kalman Filter شکل. خروجي حسگرها و فيلتر کالمن در حالت موتور روشن Accelerometer Output Kalman Filter شکل 3. نتايج تجربي کنترل زاويه با استفاده از کنترلر PD آزمايش اول PD 63 سال پنجم شمارة دوم پاييز و زمستان 395

10 بررسي تحليلي عملکرد الگوريتمهاي فرا ابتکاري بر بهينهسازي عملکرد کنترلر پهپاد چهارروتوره φ (degree) φ(rad) PD Accelerometer Output Kalman Filter شکل 4. نتايج تجربي کنترل زاويه با استفاده از کنترلر PD آزمايش دوم Accelerometer Output Kalman Filter Disturbance Disturbance شکل 5. نتايج تجربي کنترل زاويه با استفاده از کنترلر PD با اعمال اغتشاش خارجي نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 64

11 حامد شهبازي وحيد تيکني شکل 6. دنبالة تصاوير عملکرد کنترلر PD در پاسخ به ورودي پله براي زاوية 0- [] S. Bouabdallah, R. Siegwart, G. Caprari, Design and control of an indoor coaxial helicopter, Proceedings of the nternational Conference on ntelligent Robots and Systems, pp , 006. [] P. Castillo, A. Dul, R. Loano, Real-time stabiliation and tracking of a four-rotor mini rotorcraft, Transactions on Control Systems Technology, Vol., No. 4, pp , 004. [3] J. Li, Y. Li, Dynamic analysis and PD control for a quadrotor, Proceedings of the nternational Conference on Mechatronics and Automation, pp , 0. [4] B. Erginer, E. Altug, Modeling and PD control of a quadrotor VTOL vehicle, Proceedings of the ntelligent Vehicles Symposium, pp , 007. [5] B. Erginer, E. Altug, Design and implementation of a hybrid fuy logic controller for a quadrotor VTOL vehicle, nternational Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 0, No., pp.6-70, 0. [6] T. Sangyam, P. Laohapiengsak, W. Chongcharoen,. Nilkhamhang, Path tracking of UAV using self-tuning PD controller based on fuy logic, Proceedings of the SCE Annual Conference, pp , 00. [7] M. O. Efe, Neural network assisted computationally simple P-D control of a quadrotor UAV, EEE Transactions on ndustrial nformatics, Vol. 7, No., pp , 0. [8] E. Altuğ, J. P. Ostrowski, C. J. Taylor, Control of a quadrotor helicopter using dual camera visual feedback, The nternational Journal of Robotics Research, Vol. 4, No. 5, pp , 005. [9] D. Suter, T. Hamel, R. Mahony, Visual servo control using homography estimation for the stabiliation of an x4-flyer, Proceedings of the 4st EEE Conference on decision and control, Vol. 3, pp , 00. [0] J. Dunfied, M. Tarbouchi, G. Labonte, Neural network based control of a four rotor helicopter, Proceedings of the nternational Conference on ndustrial Technology, Vol. 3, pp , 004. [] M. G. Earl, R. D. Andrea, Real-time attitude estimation techniques applied to a four rotor helicopter, Proceedings of the 43rd EEE Conference on Decision and Control, 004. [] D. Lee, H. J. Kim, S. Sastry, Feedback lineariation vs. adaptive sliding mode control for a quadrotor helicopter, nternational Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 7, No. 3, pp , 009. [3] B. Erginer, E. Altuğ, Design and implementation of a hybrid fuy logic controller for a quadrotor VTOL vehicle, nternational 65 سال پنجم شمارة دوم پاييز و زمستان 395

12 بررسي تحليلي عملکرد الگوريتمهاي فرا ابتکاري بر بهينهسازي عملکرد کنترلر پهپاد چهارروتوره Journal of Control, Automation and Systems, Vol.0, No., pp. 6-70, 0. [4] A. Sharma, P. A. Barve, Controlling of quadrotor uav using P-D controller and fuy logic controller, nternational Journal of Electrical, Electronics and Computer Engineering, Vol., No., pp. 38-4, 0. [5] L. X. Wang, A course in fuy systems and control: Desing of Fuy Systems from nput- Output Data, 997. [6] C. C. Lee, Fuy logic in control systems: fuy logic controller., EEE Transactions on systems, man, and cybernetics, Vol. 0, No., pp , 990. [7] L. Renik, Fuy controllers handbook, first Edittion, Newnes, 997. [8] E. H. Kwun Fung, Y. Kwong Wong, Y. Ma, C. W. Marcus Yuen, W. Keung Wong, Smart hanger dynamic modeling and fuy controller design, nternational Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 9, No. 4, pp , 0. [9] A. Hafaifa, F. Laaouad, K. Laroussi, A numerical structural approach to surge detection and isolation in compression systems using fuy logic controller, nternational Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 9, No., pp , 0. [0] M. Sugeno, Development of an intelligent unmanned helicopter, at the Fuy modeling and control, CRC Press, Boca Raton, 999. [] B. Kadmiry, D. Driankov, Fuy control of an autonomous helicopter, Proceedings of the FSA World Congress and 0th NAFPS nternational Conference, pp , 00. [] C. Cavalcante, J. Cardoso, J. J. Ramos, O. R. Neves, Design and tuning of a helicopter fuy controller, Proceedings of the nternational Joint Conference of the Fourth EEE nternational Conference on Fuy Systems and The Second nternational Fuy Engineering Symposium, Vol. 3, pp , 995. [3] N.. Vitilaios, N. C. Tsourveloudis, An experimental test bed for small unmanned helicopters, Journal of ntelligent and Robotic Systems, Vol. 54, No. 5, pp , 009. [4] R. D. Garcia, K. P. Valavanis, The implementation of an autonomous helicopter testbed, n Unmanned Aircraft Systems, pp , Springer Netherlands, 008. [5]. D. Cowling, J. F. Whidborne, A. K. Cooke, Optimal trajectory planning and LQR control for a quadrotor UAV, Proceedings of the nternational Conference on Control, Glasgow, UK, 006. پينوشت نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 66