طراحی سیستم کنترل متحمل عیب برای پرنده چهار ملخ به‌منظور تحمل عیب‌های حسگری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشکده مهندسی پرواز، دانشگاه امام علی (ع)، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله یک سیستم کنترل تحمل‌پذیر عیب برای پرنده چهار ملخ طراحی شده است. بدین منظور ابتدا یک سیستم کنترل در حالت بدون عیب طراحی شده و سپس با استفاده از یک افزونگی تحلیلی، به یک سیستم کنترل متحمل عیب ارتقا پیدا کرده است. سیستم کنترل مزبور شامل دو حلقه داخلی و خارجی می‌باشد. حلقه داخلی مربوط به کنترل وضعیت پرنده است و وظیفه پایدارسازی و کنترل زوایای اویلری (سمت، فراز و غلت) و ارتفاع را بر عهده دارد. حلقه خارجی نیز مربوط به کنترل موقعیت می‌باشد. این حلقه با توجه به موقعیت فرمان، زوایای مورد نیاز برای اجرای آن‌ها را محاسبه کرده و به کنترل وضعیت ارسال می‌کند. کنترل وضعیت به‌وسیله یک کنترلگر فازی و کنترل موقعیت به وسیله یک کنترلگر تناسبی – مشتقی انجام می‌شود. در مرحله بعد روش ارتباط مزدوج برای عیب‌یابی انتخاب شده و به‌منظور تشخیص و تخمین عیب پیاده‌سازی شده است. با استفاده از سیگنال‌های عیب، عملیات باز – طراحی کنترل به‌منظور تحمل عیب و اصلاح ورودی‌های کنترلی انجام شده است. بدین منظور با استفاده از یک کنترلگر تناسبی- انتگرالی – مشتقی خروجی‌های مزاحم ایجاد شده توسط عیب صفر شده‌اند. عیب در نظر گرفته شده از نوع عملگری بوده و دو سناریو برای وقوع آن فرض شده است. در سناریو اول عیب در شتاب‌سنج‌ها و در سناریو دوم عیب در ژیروسکوپ‌ها اتفاق می‌افتد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design of fault tolerant control system for quadrotor under sensor faults

نویسنده [English]

  • kazem imani
faculty of Flight Engineering, Emam ali university, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, a fault-tolerant control system is designed for a quadrotor system. First, a control system was designed in the healthy mode then the system is upgraded to a fault-tolerant control system by using an analytical redundancy. This control system consists of two parts: (1) attitude control and, (2) position control. The inner loop is related to the control of the quadrotor attitude, and it is responsible for the stabilization and control of the Euler's Angles (azimuth, pitch and roll) and height. The outer loop is also related to the position control. This loop, according to the command of position, calculates the angles required to execute them and transmit them to the attitude control. The attitude and position control were implemented by using fuzzy and PD controllers respectively. Then, Parity space relations are used to detect and estimate actuator faults. As follow as these, control redesign is performed for fault tolerance and correction inputs by using fault signals. The difference between the healthy and faulty outputs approximately are reached to zero by using the PID controller. Two scenarios are considered for actuator faults. The first one is, the fault occurs in motor 1 and 2, and the second scenario is, fault happens in all motors. Finally, according to the actuator saturation, the critical value (maximum) of fault tolerance is estimated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fault tolerant control
  • parity relation
  • Accelerometer
  • Gyroscope
  • fault estimation