مدل‌سازي ديناميكي، شبيه‌سازي وكنترل يك كوادروتور با استفاده از داده‌هاي آزمايشگاهي سنسورهاي MEMS

Dynamic modeling, simulation and control of a quadrotor using MEMS sensors’ experimental data

اين مقاله به كنترل يك كوادروتور بر اساس تخمين وضعيت بدست آمده از سنسورهاي MEMS مي‌پردازد. در ابتدا، مدل ديناميكي كوادروتور استخراج شده و سپس با استفاده از الگوريتم PID معكوس، كنترل وضعيت آن در نرم افزار مت‌لب شبيه سازي شده است. براي واقعي تر كردن مدل شبيه سازي و نزديك كردن آن به واقعيت، از داده هاي آزمايشگاهي استفاده شده است. به همين منظور يك مجموعه آزمايشگاهي تشكيل شده از يك بدنه حامل سنسورهاي شتاب سنج و سرعت زاويه اي كه در دو سمت آن دو موتور ملخ‌دار نصب گرديده و حول يك شفت دوران مي كند طراحي و ساخته شد. از آنجا كه داده هاي آزمايشگاهي براي سنسورها نشان از خطا و نويزي بودن آنها دارد از يك فيلتر كالمن براي كاهش نويز سنسورها استفاده گرديد و نتايج عملكرد كنترلر با استفاده از خروجي سنسورها و خروجي فيلتر كالمن با هم مقايسه شدند. نتايج بدست آمده نشان از عملكرد خوب فيلتر كالمن و كنترل مناسب مجموعه مي باشد

This paper presents the inverted PID control of a quadrotor based on the experimentally measured sensors and actuators’ specifications. The main goal is the control and closed loop simulation of a quadrotor using inverted PID algorithm. First, a nonlinear model of quadrotor is derived using Newton-Euler equations. To have a more realistic simulation a setup were designed and developed to measure the sensors noise performance as well as the actuators’ dynamics. The setup involves a platform that two brushless motors mounted at the ends and rotates on a shaft. The platform attitude is measured using the MEMS sensors attached to it. A Kalman filter was used to reduce the sensors noises effect. Results demonstrate good performance for Kalman filter and the controller.