عنوان پایان‌نامه
کنترل وسایل هوایی بدون سرنشین با استفاده از رویکرد کنترل پیش بین غیر خطی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2843;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71800;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2843;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71800
- تاریخ دفاع
- ۲۰ خرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمد سپهری موافق
- استاد راهنما
- محمدجواد یزدان پناه
- چکیده
- در این پایان نامه مسئله کنترل اجسام هوایی پرنده بدون سرنشین با استفاده از کنترل پیش‌بین مورد پژوهش قرار گرفته است. طبیعت غیرخطی و بی‌ثبات و زیرمحرک بودن اجسام پرنده به همراه محدودیت مقداری متغیرهای سیستمی و سیگنال‌های کنترلی اعم از دامنه تغییرات و نرخ تغییرات در عمل، و از طرف دیگر حضور اغتشاشات خارجی مثل باد، باعث شده‌است تا استفاده از کنترل کننده های موجود نتوانند همواره به نتایج مطلوبی منتج شوند. افزون بر آن، محدودیت مدت زمان پرواز متاثر از محدودیت در میزان انرژی مصرفی مورد نیاز، از دیگر مشکلات اساسی موجود در وسایل پرنده، به شمار می رود. با در نظر گرفتن محدودیت های فیزیکی مثل نرخ تغییرات سیگنال کنترل و نرخ عملکرد سنسورهای متداول متناظر با متغیرهای سیستم، بسیاری از روش های کارآمد پیشنهاد شده برای کنترل سیستم مورد نظر در حوزه زمان پیوسته، در مرحله شبیه سازی متوقف خواهند ماند و این در حالی است که با استفاده از کنترل کننده پیش‌بین تمام این محدودیت های فیزیکی قابلیت ورود پیدا کردن در فرآیند طراحی و در قالب روابط ریاضی را، خواهند داشت. در طول چند دهه اخیر کنترل کننده های پیش بین به دلیل آزادی عمل موجود در مکانیزم طراحی متاثر از پارامترهای طراحی، محبوبیت زیادی کسب کرده اند. علاوه بر تدابیر موجود برای رویارویی با ناتوانی های احتمالی بوجود آمده در سیگنال کنترل، ناشی از محدودیت‌های موجود در محرک‌های کنترلی و قیود موجود در سیگنال‌های سیستم، آنچه در این روش به وفور به چشم می خورد، وجود شاخص های عملکرد جهت کاهش میزان انرژی مصرفی است که افزایش زمان پرواز جسم پرنده به عنوان مهمترین دست آورد آن خواهد بود.\\ محققین تاکنون روش های کنترلی متنوعی را برای کنترل و هدایت سیستم مذکور، پیشنهاد و ارائه کرده اند که از جمله کاستی های اساسی آنها، می‌توان به در نظر نگرفتن محدودیت های موجود در سنسورهای مورد استفاده (مانند نرخ اندازه‌گیری پایین در سنسورهای متداول) برای اندازه‌گیری متغیرهای سیستم اشاره کرد. این در حالی است که بدون استفاده از سنسورهای پیشرفته، گران قیمت و با نرخ اندازه گیری بالا (در صورت وجود)، چنین رویکردهایی در عرصه‌ی عمل ناموفق خواهند بود. لذا در این پایان‌نامه با انتخاب کوادرتور به عنوان جسم پرنده مورد بررسی، قصد براین است تا برپایه‌ی کنترل پیش‌بین بتوانیم به ساختار کنترلی دست یابیم که بتواند پاسخگوی ضروریات موجود در مسئله کنترل سیستم مذکور و کاستی‌های موجود، به نحو قابل‌قبولی باشد. به طور مشخص مشارکت های این پایان نامه عبارتند از: • شناسایی محرک‌ها و استخراج ساختار و مقادیر عدم قطعیت های موجود به شکلی واقع بینانه و استفاده از آن در مدل های موجود و استخراج مدل نهایی مورد بررسی پایان‌نامه. • در نظر گرفتن نرخ اندازه گیری متناظر با سنسورهای ارزان قیمت موجود علاوه بر عدم قطعیت ها و ارائه کنترل کننده مناسب برای کنترل و هدایت کوادرتور بر یک مسیر از پیش تعیین شده بر پایه کنترل‌کننده پیش‌بین و به شکلی کارامد.
- Abstract
- The field of unmanned aerial vehicle (UAV) has gained conspicuous growth in recent years, in applications such as fire surveillance, border interdiction, agricultural services, and nuclear reactor inspection in addition to military task. The major issues during UAV’s mission are energy consumption and necessity of employing accurate and relatively fast and also expensive sensors in order to measuring system’s variables. In fact, without regarding these two requirement, almost all the proposed control approaches won’t work properly when implemented to the real system. This thesis is aimed to propose a control approach for trajectory tracking of a UAV by applying low cost sensors with the relatively slow data measuring rate as well as consideration of battery life time. To this end and as contributions of the thesis, first an identification is performed on the system’s actuators to determine the real value of dead zone and saturation existed in the motors and also characterizing the battery energy consumption effect to the actuators, second an efficient model predictive control approach is proposed to the control and guidance of a quadrotor in the mentioned condition, next due to improve the performance of the system operation, the unknown future reference values have been creatively predicted and utilized during the MPC design. To show the improvements achieved by the proposed control strategy, a comparison between the proposed control strategy and a Sliding Mode controller applied in error dynamics, has been carried out. The simulation performed in the presence of parameters uncertainty and derived effect of battery energy consumption on the actuator and external disturbances, confirm the efficiency of proposed method.
