كنترل آرايش و رديابي مسير گروهي از كوادروتورها براي حمل بار آويزان

Formation Control and Path Tracking for a Group of Quadrotors to Carry Out a Suspended Load

در اين تحقيق تلاش شده است تا از چهار كوادروتور به صورت يك گروه براي حمل بار با وزن مشخصي استفاده شود. بار به وسيله طناب به هر يك از كوادروتورها متصل است. معادلات ديناميكي كوادروتورها، به صورت كامل و بدون ساده سازي در نظر گرفته شده اند. بر خلاف ديگر مقالات براي بيان ارتباط بين بار و كوادروتورها، طناب ها به صورت فنر لحاظ شده و لذا كشيده و جمع شدن آنها در طول ماموريت در نظر گرفته مي شود. طراحي پروتكل كنترلي براي كنترل آرايش و همچنين رديابي مسير توسط گروه به وسيله الگوريتم كنترلي خطي ساز پسخورد انجام مي شود. طراحي پروتكل كنترلي هم به صورت ساختار متمركز و هم به صورت ساختار غيرمتمركز ارايه مي شود. بر خلاف تحقيقات قبلي در ساختار غيرمتمركز تبادل اطلاعاتي بين عامل ها انجام نمي شود تا هزينه ارتباطي بسيار كاهش يابد. ماموريت تيم به اين صورت تعريف مي شود كه كوادروتورها ابتدا بار را از سطح زمين جدا كرده و سپس مسير مطلوب تا رسيدن به نقطه هدف را طي مي كنند. با رسيدن بار به نقطه هدف، كواروتورها مي بايست بار را روي زمين قرار داده و خود نيز فرود بيايند. جداشدن طناب يكي از كوادروتورها به عنوان عيب به سيستم اعمال مي شود. علاوه بر ارايه روشي براي تشخيص وقوع عيب، عملكرد كنترل كننده متمركز در اين حالت بررسي مي شود.

In this research, the objective is using 4 quadrotors in a group to carry out a certain weighted load. The load is connected by cables to each quadrotor. The equations of motion of the quadrotors are considered completely and without simplification. Unlike other researches, to express the relationship between the load and the quadrotors, the ropes are considered as springs, so they are pulled out and retracted during the mission. Formation control design and path tracking by the group is done by using feedback linearization control. Control protocol design is presented in two structure, centralized, and decentralized. Unlike other papers, in decentralized structure, there is no information communication between the agents to reduce the communication costs. The mission of the group is defined as the quadrotors first pick off the load from the ground and, then, track the desired path to reach the target point. When the load reaches the target point, the quadrotors should put the load on the ground and, then, land themselves. Cutting the cable of one of the quadrotors is applied to the system as a fault and in addition to providing a method to detect its occurrence, the performance of the centralized controller is checked in this situation.