طراحي مسير حركتي و كنترلر كوادروتور براي گذر از موانع با استفاده از مود لغزشي

Trajectory and control design of a quadrotor for crossing obstacles using sliding mode method

در اين مقاله در ابتدا با توجه به دسته بندي هاي مختلف وسايل پرنده؛ ويژگي هاي كوادروتور و مزيت هاي اين عمود پرواز، نحوه عملكردي و علت گرايش به سمت اين وسيله پرنده بيان شده است سپس مهم ترين چالش هاي كوادروتور كه كنترل پذيري و نحوه حركت در عين حفظ پايداري است مورد نظر قرار داده شده است در اين راستا هدف اصلي الگوسازي، طراحي مسير و كنترلر كوادروتور براي گذر از موانع در شرايطي كه بتواند بيشترين موانع را در بهترين فاصله و زمان ممكن پوشش دهد، مي باشد. در ادامه بطور دقيق مراحل مسير حركتي كوادروتور براي گذر از موانع با موقعيت هاي مختلف طراحي گرديده و پس از شبيه سازي حركتي كوادروتور با ايجاد موانع مختلف در موقعيت هاي متفاوت، نتايج آن با توجه به مسير طراحي شده بيان شده است. ميزان موفقيت اين طراحي مسير و كنترلر براي گذر از موانع بر اساس نتايج بدست آمده به اين نحو قابل ارائه مي باشد كه مي تواند تعداد موانع با موقعيت و ابعاد مختلف بيشتر در زمان كمتر با كاهش بكارگيري سنسور در عين اينكه طراحي مسير تابع شكل خاصي نيست را پوشش دهد و با توجه به دلخواه بودن سرعت اوليه، در مسيرهاي چند تكه اي نيز قابل استفاده باشد. از طرفي در نظر گرفتن درگ كلي باعث شده است، در هنگام عبور از موانع، كوادروتور ارتفاع نگيرد و اين امر كمك شاياني به ميزان موفقيت اين طراحي داشته است.

In this paper, according to flight devices categories, advantages and features of quadrotors and its performances are investigated. Then, the main challenges in quadrotors control and stability in the presence of obstacles have been considered in such a way that the system crosses the maximum number of obstacles in the best distance and time. For this purpose, the equations of motion of the system are derived and a controller for command tracking is designed without obstacles based on sliding mode method. The simulation results of the controller performances are given in the paper. Following this trajectory planning for crossing the system from the obstacles in alternative positions is presented and the quadrotor with the designed control system is simulated using the designed trajectory. The preference of the proposed trajectory planning is that the system can cross the number of obstacles in alternative positions in minimum time and using fewer sensors. Because of the independently shape of designing method and alternative initial velocity, the proposed method is applicable for piecewise trajectories. As a result of considering the drag force, the proposed approach is more successful in the various problems.