عنوان پایان‌نامه
طراحی یک سیستم کنترلی برای یک سامانه عمود پرواز
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3104
- تاریخ دفاع
- ۱۰ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- مجتبی رستگاری
- استاد راهنما
- عقیل یوسفی کماء
- چکیده
- امروزه کوادروتورها به دلیل ساختار ساده، مانور بالا و قیمت مناسب، بسیار مورد توجه پژوهشگران، مراکز تحقیقاتی و حتی مراکز صنعتی و نظامی قرار گرفته است. قابلیتها و کاربردهای متنوع این پرنده بدون سرنشین، استفاده از آن را در حوزههای مختلفی روز افزون کرده است. در این پژوهش نیز این پرنده مورد توجه قرار گرفته و سعی شده تا با بررسی کارهای پیشین، یک گام در جهت بهبود عملکرد آن برداشته شود. در پژوهشهای پیشین، عملکرد کوادروتور از جنبههای مختلفی مورد بحث و بررسی قرار گرفته، لیکن در این پژوهش، کنترل وضعیت و تعقیب مسیر مرجع برای پرنده مذکور مورد توجه قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا مدل دینامیکی پرنده به روش اویلر-نیوتن، استخراج گردید. در معادلات مذکور، تعدادی از پارامترها که به مشخصات کوادروتور مرتبط اند، مجهول هستند. از آنجا که هدف اصلی این پروژه، طراحی یک سیستم کنترلی با دید عملیاتی برای یک نمونه واقعی با نام تجاری F450 بوده است، لذا یک بستر آزمایشی طراحی و ساخته شد و سپس چندین آزمایش مختلف طراحی گردید تا مشخصات کوادروتور فوق الذکر به صورت تجربی شناسایی گردد. با شناسایی کامل دینامیک کوادروتور، به کنترل این پرنده پرداخته شد. به دلیل اینکه کوادروتور ذاتا ناپایدار و کم عملگر بوده و همچنین معادلات دینامیکی آن، غیرخطی و کوپل هستند، لذا الگوریتم کنترلی مناسبی انتخاب گردید و سپس جهت طراحی کنترلر، معادلات با فرضیات قابل قبولی، ساده شدند. الگوریتم کنترل آبشاری که در این پژوهش انتخاب گردیده، مشکل کم عملگر بودن سیستم دینامیکی را برطرف کرده است. برای کنترل این پرنده ابتدا از روش خطی‌سازی به کمک پس‌خورد استفاده شده و سپس برای بالا بردن ضریب امنیت پرواز این پرنده با توجه به تقریبی بودن پارامترهای شناسایی شده، از روش مود لغزشی استفاده گردید. در نهایت برای بهبود عملکرد روش مود لغزشی ، این روش با منطق فازی ترکیب گشت و با روشی جدید این سیستم کنترل شد. به منظور ارزیابی سیستم‌های کنترلی طراحی شده، معادلات در نرم افزار MATLAB شبیه‌سازی شده و نتایج با هم مقایسه‌شدند. مقایسه نتایج، عملکرد موثر و مطلوب سیستم کنترل فازی لغزشی را به خوبی نشان می‌دهد. کلمات کلیدی: پرنده بدون سرنشین، کوادروتور، شناسایی تجربی، کنترل مود لغزشی، کنترلر فازی لغزشی
- Abstract
- Nowadays, quadrotors have a popularity among researchers, R&D centers or even industrial and military centers due to their simple structures, sharp maneuvers and also reasonable prices. The capability and widespread applications of UAVs have increased their uses in variety of areas. In this research, first a review on previous researches regarding to UAVs is presented which are mostly on different aspects and perspectives of UAVs. However, the purpose of current study is to investigate the stability and trajectory tracking of UAVs. In this regard, First, the dynamical model of UAVs is derived using Newton-Euler method in order to comprehend the issue better. In the given equations, some of the parameters, which are related to specifications of UAVs, are unknown. Since the aim of this research is to design a controller for a real UAV called F450, an experimental setup was designed and fabricated and then some experiments were conducted in order to identify UAV unknown parameters and after that the controller was designated. Since the quadrotors are intrinsically unstable, and under actuated, and their dynamical equations are nonlinear and coupled, a suitable controller was designed considering simplifications in the equations with acceptable and reasonable assumptions. The cascade control method, which is selected in this research, has solved the problem of the system being under actuated. In order to control the UAV, first the feedback linearization is used. Next, the sliding mode controller is used in order to improve the safety factor of flight since the parameters were identified approximately. Finally, in order to improve the proficiency and the performance of the sliding method, this method was combined with fuzzy logic and then the UAV was controlled by the combination method. In order to evaluate the designed controllers, the equations were simulated in MATLAB software and the results were compared with each other.
