معرفی و شبیه سازی دو مکانیزم جدید در پایدارسازی کوادروتورها جهت تعقیب مسیر در شرایط اغتشاشی: پایدارساز صلیبی و پاندولی‎‎‎‎‎

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشکده مکانیک دانشگاه امام حسین (ع)

3 استاد دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر

چکیده

امروزه پرنده‌های بدون سرنشین عمود پرواز بدلیل قابلیت بالا در مانوردهی و ساختار نسبتا ساده، در بسیاری از زمینه‌ها مورد توجه قرار گرفته‌اند. بدلیل رفتار شدیداً غیر خطی زیر سیستم‌ها و همچنین تحت کمبود عملگر بودن سیستم کنترلی، کنترل این پرنده‌ها بخصوص در شرایط اغتشاشی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. پژوهش پیش رو به بررسی امکان استفاده از مکانیزم‌های پایدارساز مجزا با ساختار بسیار ساده، بجای استفاده از کنترلرهای پیچیده، در بهبود عملکرد پرنده های بدون سرنیشین ،طی پرواز در مسیر مشخص و با وجود اغتشاشات محیطی می‌پردازد. سیستم مورد بررسی یک کوادروتور بوده و دو مکانیزم پایدار ساز مورد استفاده عبارتند از 1-پایدار ساز پاندولی کروی و 2-پایدارساز صلیبی با دو جرم متحرک. در پژوهشهای انجام شده در زمینه پرندههای بدون سرنشین، استفاده از مکانیزم در پایدارسازی کوادروتور بسیار محدود بوده و طراحی، مدلسازی، پیاده سازی و کنترل مکانیزم های پایدار ساز نوآوری اصلی صورت گرفته در این پژوهش می‌باشد. در مقاله حاضر با طراحی کنترلر مناسب برای هر یک از مکانیزم‌های پایدارساز، عملکرد سیستم تحت شرایط اغتشاش محیطی بررسی و مقایسه می‌گردد. نتایج بدست آمده در این پژوهش نشان می‌دهد که با استفاده از مکانیزم‌های پایدار‌ساز معرفی‌شده، مسیر پروازی مطلوب پرنده بدون نیاز به روش‌های کنترلی پیچیده به خوبی ردیابی می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Rouhollah Pourbafrani 1
  • Ramin Ramyar 2
  • Aliakbar Moosavian 3
1 Department of Mechanical Engineering, Khajeh nasir toosi University, Tehran, Iran
2 Department of mechanical engineering Imam Hossein University. Tehran, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Khajeh nasir toosi University, Tehran, Iran
چکیده [English]

A vertical take-off and landing (VTOL) aircraft is one that can hover, take off, and land vertically. VTOL UAVs have high maneuverability and their users are after maintaining this maneuverability. This alongside with their extreme nonlinearities and under actuating control system rises 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 gusts is studied. Two mechanisms that are simulated and used in this paper are very rare and introduced their usage for first time 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 performance 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 mechanism yields a desired performance. Acceptable trajectory tracking shows the successful effectiveness of the proposed stabilizers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • quadrotor
  • Stabilizing Mechanism
  • Control
  • Trajectory Tracking
  • Simulation