شماره راهنما :
2220 دكتري
پديد آورنده :
داودي دهكردي، متين
عنوان :
مدلسازي، ساخت و كنترل كوادروتور با قابليت مكاندهي به روتورها
گرايش تحصيلي :
ديناميك، كنترل و ارتعاشات
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هفده، 126ص: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
كوادروتور , مكان دهي به روتورها , كنترل تطبيقي , كنترل مود لغزشي , كنترل فازي , بهينه سازي محدب , تخصيص كنترل , تابع لاگ بريير , تحمل عيب
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/05/14
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/05/15
چكيده فارسي :
مولتي روتورها عليرغم مزاياي قابل توجه شامل ساختار ساده و كنترل آسان داراي معايب و محدوديت هايي هستند كه از جمله آنها مي توان به مداومت پروازي پايين، پايداري ضعيف تر در مواجهه با باد و اغتشاش و همچنين تحمل پذيري كمتر در برابر عيب اشاره نمود. به منظور كم رنگتر نمودن عيوب مورد اشاره، در پژوهش حاضر كوادروتوري با قابليت مكاندهي به روتورها معرفي گرديده است كه هر كدام از روتورها را مي توان در راستاي محور بازوي آن روتور و به صورت خطي مكاندهي نمود. اين ويژگي باعث مي شود بتوان تغييرات بيشتري را بر ورودي هاي كنترلي نسبت به حالت معمول كه فقط از تغييرات سرعت دوراني روتورها استفاده مي شود اعمال كرد. در ابتدا معادلات مدل ديناميكي كوادروتور با در نظر گرفتن متغير بودن مكان روتورها و با استفاده از محاسبه مشتق مومنتوم هاي خطي و زاويهاي استخراج شده است. در ادامه نيز دو نوع كنترل كننده ي مود لغزشي زمان محدود تطبيقي و فازي براي اين پهپاد توسعه داده شده و در شرايط مختلف مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته است. در كنترل كننده ي تطبيقي مكاندهي به روتورها به وسيله نگاشت و چهار مرحله فيلتر سيگنال اوليه صورت گرفته است. نگاشت پيشنهادي بر وروديهاي كنترلي غلتش و پيچش كنترلكننده اعمال شده و مكان اوليه اي را براي هر روتور پيشنهاد داده است. با اصلاح چهار مرحلهاي اين سيگنال مكان و سرعت هر روتور منطبق با محدوديت هاي عملگرها محاسبه شده و تنظيم گرديده شده اند. در كنترل كننده دوم كه بر اساس قانون فازي توسعه داده شده است مكاندهي به روتورها براساس رهيافت تخصيص كنترل و با روش بهينه سازي محدب با تشكيل تابع لاگ بريير انجام گرفته است. علاوه براين در اين بخش تحمل عيب نيز مورد توجه قرار گرفته و با بهره گيري از روش فازي، در صورت وجود عيب، از قابليت مكاندهي به روتورها استفاده شده و عيوبي كه منجر به كاهش نيروي پيشرانش ملخ گردند به نحو مناسبي تحمل شده اند. در شبيه سازي انجام شده تاثير مكاندهي بر مصرف انرژي و پايداري كوادروتور در برابر اغتشاشات نسبت به كوادروتورهاي متداول ارزيابي شده و تاثير مثبت آن در اين موارد نشان داده شده است. علاوه بر اين، در شبيه سازي هاي انجام شده اثر مثبت مكاندهي به روتورها در استفاده از اين قابليت براي تحمل پذيري بالاتر هنگام رخداد عيب نشان داده شده است. همچنين با ساخت نمونه آزمايشگاهي از كوادروتور با قابليت مكاندهي به روتورها، آزمون هاي عملي نيز انجام شده و در آنها نتايج شبيه سازي ها در زمينه مصرف انرژي و پايداري هنگام حضور اغتشاش تاييد شده است.
چكيده انگليسي :
Multirotors, including quadrotors, can be considered as the most widely used and commercial type of unmanned aerial vehicles (UAV) in recent years. Relatively simple structure, easy control and wide range of definable missions and reasonable price for this type of drones can be counted among the factors that have made them popular. Despite the listed advantages, this type of UAVs has disadvantages and limitations, including low flight endurance, weaker stability in the face of wind and disturbances, as well as less fault tolerance capability. In order to reduce the mentioned defects, a quadrotor with the ability to positioning its rotors has been introduced, and each of the rotors can be positioned linearly along the arm axis of that rotor. This feature Provides more flexibility to extends the effective value of the control inputs than the usual case where only the changes in the rotational speed of the rotors are possible. In the present study, at the beginning, the dynamic equations of motion of the proposed quadrotor have been extracted by considering that the rotor positioning capability, through calculating the derivative of the linear and angular momentums. In the following, two types of adaptive finite time sliding mode and fuzzy controllers are developed for this UAV and investigated and evaluated in different conditions. In the adaptive controller, rotor positioning is done by mapping from roll and pitch controller inputs in four stage filter. Using by four-step modification of this signal, the position and speed of each rotor are calculated and adjusted according to the limitations of the operators. In the second controller, which is developed based on the fuzzy law, the positioning of the rotors is done by employing the control allocation approach which bases on the log barrier convex optimization method. In addition, fuzzy fault tolerance by employing rotor positioning is also considered in the case with that fault leads to the decrease the lift force of the propulsion system. In the performed simulations, the positive effect of rotor positioning on energy consumption and quadrotor stability against disturbances compared to the conventional quadrotors are simulated. In addition, the positive effect of rotor positioning for higher fault tolerance is shown in the simulations. Moreover, by making a prototype of the rotor positionable quadrotor, experimental tests are also been performed and the results of the simulations in the field of energy consumption and stability in the presence of disturbance are confirmed.
استاد مشاور :
ايمان ايزدي نجف آبادي
استاد داور :
مهدي كشميري , سعيد بهبهاني , حميدرضا كوفيگر