مقايسه دو كنترل كننده به روش فيدبك خطي ساز با هدف رديابي مسير بر روي يك عمودپرواز شش- ملخه با پيكربندي جديد

Comparison of tow Feedback Linearization method aimed at position tracking control for a novel six-rotor UAV

در اين مقاله يك عمودپرواز شش-ملخه با پيكربندي جديد، مدلسازي شده و به منظور تعقيب مسير مطلوب، از روش فيدبك خطي ساز با دو رويكرد، استفاده گرديده است. امروزه كوادروتورها به دليل ساختار مكانيكي ساده و قابليت مانوردهي بالا، يكي از پراستفاده ترين پرنده هاي بدون سرنشين هستند ولي به دليل ظرفيت حمل بار پايين، در برخي كاربردها با محدوديت مواجه مي باشند. در مدل پيشنهادي كه داراي نوآوري بوده، دو ملخ هم محور با دور ثابت و با جهت چرخش مخالف به مركز كوادروتور اضافه گرديده تا علاوه بر افزايش ظرفيت حمل بار، باعث افزايش پايداري آن در برابر بادهاي عرضي شده و در عين حال ديناميك و نحوه هدايت آن بدون تغيير بماند. مدلسازي ديناميكي پرنده به روش نيوتن- اويلر انجام شده و معادلات بدست آمده غيرخطي، زيرتحريك، جفت شده و ناپايدار مي باشند. براي كنترل عمودپرواز، روش فيدبك خطي ساز به دو صورت ارايه گرديده است. در رويكرد اول، از فيدبك خطي ساز به صورت متداول استفاده شده كه كنترل كننده اي با حجم محاسبات بالا و شامل مشتق مرتبه سوم خروجي حاصل مي گردد كه به نويز حسگرها بسيار حساس مي باشد. در رويكرد دوم، با تفكيك ديناميك پرنده به دو زيرسيستم انتقالي و دوراني، كنترل كننده سلسله مراتبي به روش فيدبك خطي ساز طراحي مي گردد كه به مراتب ساده تر و پياده سازي آن نيز آسان تر مي باشد. همچنين، براي جبران ديناميك عملگرها از الگوريتم فيدبك خطي ساز دو مرحله اي استفاده شده است. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه سيستم كنترلي طراحي شده با رويكرد دوم، عملكرد بهتري در رديابي مسير مطلوب و كاهش اثر اغتشاش دارد.

In this paper, modeling and feedback linearization controller for trajectory tracking of a novel six-rotor UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is developed. Because of the very simple structure and high maneuverability, quadrotors are one of the most preferred types of UAVs but the main problem in using them is their small payload. In the proposed novel model, two coaxial propellers are added to the center of vehicle to improve the ability of lifting heavier payloads, and to surpass anti-crosswind capability of quadrotor, while the dynamic and steering principle is preserved. The dynamic model is obtained via Newton Euler approach. Model is under actuated, nonlinear, and has strongly coupled terms. Also, two types of nonlinear controllers are presented. The first is a conventional input-output feedback linearization controller which involves high-order derivative terms and turns out to be quite sensitive to sensor noise as well as modeling uncertainty. The second controller is a feedback linearization based on the hierarchical control strategy that yields easier controller. To compensate actuator’s dynamic and moreover, to avoid complexity of controller, a two-stage algorithm is utilized. The obtained simulation results confirm that the performance of hierarchical controller is more convenient in terms of position tracking and disturbance rejection than conventional controller.