معرفي و شبيه سازي دو مكانيزم جديد در پايدارسازي كوادروتورها جهت تعقيب مسير در شرايط اغتشاشي: پايدارساز صليبي و پاندولي

Introducing and simulation of two emerging stabilizer mechanisms for trajectory tracking of quadrotor UAVs under disturbance conditions: cross and pendulum stabilizing mechanisms

امروزه پرنده‌هاي بدون سرنشين عمود پرواز بدليل قابليت بالا در مانوردهي و ساختار نسبتا ساده، در بسياري از زمينه‌ها مورد توجه قرار گرفته‌اند. بدليل رفتار شديداً غير خطي زير سيستم‌ها و همچنين تحت كمبود عملگر بودن سيستم كنترلي، كنترل اين پرنده‌ها بخصوص در شرايط اغتشاشي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. پژوهش پيش رو به بررسي امكان استفاده از مكانيزم‌هاي پايدارساز مجزا با ساختار بسيار ساده، بجاي استفاده از كنترلرهاي پيچيده، در بهبود عملكرد پرنده‌هاي بدون سرنيشين، طي پرواز در مسير مشخص و با وجود اغتشاشات محيطي مي‌پردازد. سيستم مورد بررسي، يك كوادروتور بوده و دو مكانيزم پايدارساز مورد استفاده عبارتند از: 1-پايدارساز پاندولي كروي و 2-پايدارساز صليبي با دو جرم متحرك. در پژوهشهاي انجام شده در زمينه پرندههاي بدون سرنشين، استفاده از مكانيزم در پايدارسازي كوادروتور بسيار محدود بوده و طراحي، مدلسازي، پياده-سازي و كنترل مكانيزم‌هاي پايدارساز، نوآوري اصلي صورت گرفته در اين پژوهش مي‌باشد. در مقاله حاضر با طراحي كنترلر مناسب براي هر يك از مكانيزم‌هاي پايدارساز، عملكرد سيستم، تحت شرايط اغتشاش محيطي بررسي و مقايسه مي‌گردد. نتايج بدست آمده در اين پژوهش نشان مي‌دهد كه با استفاده از مكانيزم‌هاي پايدار‌ساز معرفي‌شده، مسير پروازي مطلوب پرنده، بدون نياز به روش‌هاي كنترلي پيچيده به خوبي رديابي مي‌شود. كليدواژه‌ها

Nowadays, vertical take-off and landing (VTOL) unmanned aerial vehicles (UAVs) are used in wide range of applications. Because of the high maneuverability, hovering at a stationary point and simple configuration, they are widely considered. This alongside with their extreme nonlinearities and under actuating control system raises the importance of the control of flight. In this paper, the effect of using stabilizing mechanisms in trajectory tracking of quad-rotor unmanned aerial vehicles under wind gust disturbance is studied. Two innovative mechanisms are introduced and simulated in this study. The first one is a spherical pendulum stabilizer and the second one is a cross stabilizer. Also appropriate controller is designed for each stabilizer mechanism. The performances of the systems are investigated in the presence of disturbing forces. The results show that instead of using complicated nonlinear control methods, the proposed stabilizer mechanisms yields a desired performance. Acceptable trajectory tracking shows the successful effectiveness of the presented stabilizers.