هدایت گروهی هواپیما‌های بی‌سرنشین با آراﻳش رهبر - پیرو به‌کمک کنترل PID - فازی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 عضو هیات علمی / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانش آموختة دکترای / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

4 دانشجوی دکترای / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

در این مقاله به موضوع هدایت گروهی هواپیما­های بی­سرنشین با آرایش رهبر - پیرو با کمک کنترل PID - فازی پرداخته شده است. این کار به‌منظور افزایش عملکرد پیرو در اجرای دستورات تعقیب سرعت و ارتفاع رهبر در پرواز گروهی به‌عنوان پارامترهای هدایتی انجام شده است. حفظ بهتر آرایش پروازی و انجام سریعتر مانور بین رهبر و پیرو از آثار استفاده از کنترل PID - فازی در ترکیب با هدایت تحلیلی است. برای نیل به این هدف، روش هدایتی به‌منظور حفظ سه پارامتر سرعت، ارتفاع و زاویة سمت مطابق با تغییرات رهبر و تغییرات نسبی بین رهبر و پیرو در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه­سازی شش درجه آزادی غیرخطی برای یک گروه شامل دو هواپیمای بی­سرنشین در دستگاه بدنی صورت گرفته است؛ سپس نتایج به دستگاه زمین انتقال یافته است. کنترل مورد نظر برای هواپیمای بدون سرنشین کنترل غیرخطی دینامیک وارون می­باشد. بر اساس نتایج، بهبود عملکرد سرعت پیرو در تعقیب رهبر در پارامترهای سرعت و ارتفاع به‌خوبی مشاهده می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Leader-follower formation control OF UAVs by PID-fuzzy

نویسندگان [English]

  • Ali Ashrafi 1
  • Mahdi Mortazavi 2
  • Abdorreza Askari 3
  • Amir Gholami 4
چکیده [English]

This paper deals with the subject of leader- follower formation control of unmanned aerial vehicle (UAVs) by PID - fuzzy. This is done to increase the performance of follower in meeting the leader’s instructions on speed and altitude in group-flights as guidance parameters for better maintenance of flight orders and more rapid maneuvers between leader-follower arrangements. For this purpose, the formation method is considered to achieve the required aim for maintaining three parameters of speed, altitude and heading angle according to leader-made changes and relative changes between the leader and follower. The simulation results are taken for 6 degrees of nonlinear freedom for a two-seat group of unmanned aerial vehicle by a body coordinate system. The considered control is for unmanned aerial vehicle with nonlinear inverse dynamic control. According to the results, the improving of the follower speed performance following the leader is observed in appropriate velocity and altitude parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 6 DOF simulation
  • formation
  • leader-follower
  • PID-fuzzy

[1] Y. Li, B. Li, Zhao Sun, Y. D. Song, Fuzzy Technique Based Close Formation Flight Control, IEEE; Conference: Industrial Electronics Society, 2005.

[2] Z. Lin, W. Ding, G. Yan, C. Yu, A. Giua, Leader-follower formation via complex Laplacian, Automation, vol. 49, no. 6, pp. 1900-1906, 2013.

[3] P. Desai Jaydev, Vijay Kumar, James P. Ostrowski, Control of changes in formation for a team of mobile robots, Proceedings of the 1999 IEEE, International Conference on Robotics & Automation Detroit, Michigan May 1999 Page1556,1558.

[4] Xie, Feng, Ximing, Zhang, Fierro, Rafael, Motter, Mark, Autopilot-based Nonlinear UAV formation Controller with Extremum-seeking, Proceeding of the 4th IEEE Conference on Decision and Control, and the European Control Conference, Seville, Spain, Dec. 2005.

[5] Yu Gu, Brad Seanor, G.Campa, M.R.Napolitano, S.Gururajan, L.Rowe; Autonomous Formation Flight: Hardware Development; IEEE, 2006.

[6] H. Rezaee, F.Abdollahi and M.B.Menhaj, Model-Free Fuzzy Leader-Follower Formation Control of Fixed Wing UAVs, IEEE, 1th Iranian Conference On Fuzzy Systems, 2013.

[7] Ki-Hyun Bae, Yong-Baek Kim, Young-Kiu Choi, A Fuzzy Compensated PID Controller for Formation Control of Mobile Robots, Proceedings of 2014 International Conference on Modelling, Identification and Control, Melbourne, Australia, December 3-5, 2014, Page1-2.

[8] Marianne Sisto, Dongbing Gu, A Fuzzy Leader-Follower Approach to Formation Control of Multiple Mobile Robots, Proceedings of the 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, October 9-15, 2006, Beijing, China, Page1-2.

[9] W. Pengji, Yang Di, PD-Fuzzy Formation Control For Spacecraft Formation Flying in Elliptical Orbits, Elsevier, Aerospace Science and Technology, vol. 7 , 2003, pp. 561-566.

[10] Pang Rui, Multi-UAV Formation Maneuvering Control Based on Q-Learning Fuzzy Controller, IEEE, 2010, Page1.

[11] B. L. Stevens, F. L. Lewis, Aircraft Control and Simulation, 1992.

[12] F. Hale, Introduction to Aircraft Performance, Selection and Design, 1984.

[13] Jan Roskam, Airplane Flight Dynamics and Automatic Flight Control, Part1, 1979.

[14] A. Askari, M. Mortazavi, H. A. TAlebi, UAV Formation Control Via The Virtual Structure Approach, ASCE, Journal Of Aerospace Engineering, 2013.

[15] Praney Dubey, Vineet Singh, Mohit Mangal, Design and Comparison Of Control Schemes For UAV Autopilot, ELSEVIER, 1st IFAC Workshop on Embedded Guidance, Navigation and Control in Aerospace, 2012, Vol. 45, pp. 103-108.

[16] T. J. J. Lombaerts, H. O. Huisman; Q. P. Chu, J. A. Mulder, D. A. Joosten, Nonlinear Reconfiguring Fight Control Based On Online Physical Model Identification, AIAA, Journal Of Guidance, Control And  Dynamics, 2009, vol. 32, no. 3.

[17] M. A. Dehghani, M. B. Menhaj, Communication Free Leader-Follower Formation Control Of Unmanned Aircraft Systems, Robotics And Autonomous System, 2016, pp. 69-75.

[18] M. Zhen-Yu, S. I. Tomizuka, Fuzzy Gain Scheduling Of PID Controllers, IEEE Transactions On System. Man, And Cybernetics, 1993, vol. 23, no. 5.

[19] Dali Zhou, Qingbo Geng, Multi Model And Fuzzy PID Control for Fixed-Wing UAV, ICMRA, 3rd International Conference on Mechatronics, Robotics and Automation; 2015.

[20] Jan Roskam, Airplane Flight Dynamics And Automatic Flight Controls, 1998.