سامانه هدایت و کنترل رفتار- محور ربات پرنده جهت تعقیب راهبر

نویسندگان

1 دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران

2 کارگر شمالی، دانشکده علوم و فنون نوین

چکیده

امروزه، با پیشرفت فناوری، امکان به­کارگیری ربات­های پرنده چهارپره­ در ماموریت­های درون­شهری همچون تحویل کالا، پایش، جستجو و نجات فراهم شده است. یک سامانه هدایت و کنترل با اطمینان­پذیری بالا باعث ارتقا دامنه عملیاتی و اطمینان­پذیری و رعایت بهتر قیود ایمنی و مخابراتی می‌گردد. در این پژوهش، یک سامانه ترکیبی هدایت- کنترل رفتار- محور جهت تعقیب ربات راهبر برای یک ربات چهارپره ارائه می­شود. در طراحی سامانه کنترل به قابل پیاده­سازی بودن توجه ویژه­ شده است. علاوه بر این سامانه کنترل با بررسی محدودیت­های دینامیکی از جمله کم­عملگر بودن، طراحی شده تا بتواند تعقیب مسیر در فضای سه‌بعدی را ممکن سازد. همچنین سامانه هدایت بر مبنا رویکرد رفتار محور ارائه شده است. شبیه­سازی صورت­گرفته در شرایط وجود نامعینی و عدم ایده­آل­نگری در سامانه، نشان­دهنده عملکرد خوب سامانه­ هدایت و کنترل پرواز، در هر دو رویکرد کنترلی خطی و غیرخطی با وارون‌سازی دینامیکی در اجرای ماموریت می­باشد. با انجام این پژوهش، زمینه برای اعمال الگوریتم اجتناب از مانع و پرواز گروهی با رویکرد رفتارمحور در آینده فراهم شده است.

کلیدواژه‌ها


  1. Bouabdallah, S., Noth, A., and Siegwart, R. “PID vs LQ Control Techniques Applied to an Indoor Micro Quadrotor”; In Intelligent Robots and Systems, IEEE/RSJ International Conference on, Sendai, Japan, 2004.##
  2. How, J.P., Behihke, B., Frank, A., Dale, D., and Vian, J. “Real-Time Indoor Autonomous Vehicle Test Environment.”, IEEE control systems, Vol. 28, No. 2, pp. 51- 64, 2008.##
  3. Cowling, I. “Towards Autonomy of a Quadrotor UAV.“, PhD Dissertation, Cranfield University, 2008.##
  4. Chen, M. and Huzmezan, M. “A Combined MBPC/2DOF H Infinity Controller for a Quadrotor UAV.”; In AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, Texas, USA, 2003.##
  5. Milhim, A., Zhang, Y., and Rabbath, C.A. “Gain Scheduling Based PID Controller for Fault Tolerant Control of Quadrotor UAV.”; In AIAA infotech@ Aerospace, Atlanta, USA, 2010.##
  6. Michael, N., Mellinger, D., Lindsey, Q., and Kumar, V. “The Grasp Multiple Micro-UAV Testbed.”, IEEE Robotics & Automation Magazine, Vol. 17, No. 3, pp. 56-65, 2010.##
  7. Kendoul, F., Yu, Z. and Nonami, K. “Guidance and Nonlinear Control System for Autonomous Flight of Minirotorcraft Unmanned Aerial Vehicles.”, Journal of Field Robotics, Vol. 27, No. 3, pp. 311-334, 2010.##
  1. Bouabdallah, S. and Siegwart, R. “Full Control of a Quadrotor.”; IEEE/RSJ international conference on Intelligent robots and systems, IROS, San Diego, USA, 2007.##
  2. Xu, R. and Ozguner, U. “Sliding Mode Control of a Quadrotor Helicopter.”; IEEE Conference on Decision and Control, 45th, pp. 4957-4962., 2006.##
  3. Babaei, A.R. and Mortazavi, M. “Fuzzy Altitude Autopilot Design for Unmanned Aerial Vehicles.”, Aerospace Mechanics Journal (Dynamics, Vibrations and Control), Vol. 6, No. 3, pp. 1–10, 2010.##
  4. Santos, M., Lopez, V., and Morata, F. “Intelligent Fuzzy Controller of a Quadrotor.”; International Conference on Intelligent Systems and Knowledge Engineering (ISKE), Hangzhou, China, 2010.##
  5. Dierks, T. and Jagannathan, S. “Output Feedback Control of a Quadrotor UAV Using Neural Networks.”, IEEE transactions on neural networks, Vol. 21, No. 1, pp. 50-66, 2010.##
  6. Hoffmann, G., Huang, H., Waslander, S., and Tomlin, C. “Quadrotor Helicopter Flight Dynamics and Control: Theory and Experiment.”; AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, South Carolina, USA, 2007.##
  7. Mahony, R., Kumar, V., and Corke, P. “Multirotor Aerial Vehicles.”, IEEE Robotics and Automation magazine, Vol. 20, No. 32, 2012.##
  8. Fantoni, I., Lozano, R., and Kendoul, F. “Asymptotic Stability of Hierarchical Inner-Outer Loop-Based Flight Controllers.”, IFAC Proceedings, Vol. 41, No. 2, pp.1741-1746, 2008.##
  9. Nagaty, A., Saeedi, S., Thibault, C., Seto, M., and Li, H. “Control and Navigation Framework for Quadrotor Helicopters.”, Journal of intelligent & robotic systems, Vol. 70, No's. 1-4, pp. 1-12, 2013.##
  10. Bouabdallah, S. “Design and Control of Quadrotors With Application to Autonomous Flying.”, PhD Dissertation, EPFL University, Swiss, 2007.##
  11. Paul, T., Krogstad, T.R., and Gravdahl, J.T. “Modelling of UAV Formation Flight Using 3D Potential Field.”, Simulation Modelling Practice and Theory, Vol. 16, No. 9, pp. 1453-1462, 2008.##
  12. Elhami, M. and Sadatrasoul, S. “Simulation and Optimization of Integrated Guidance and Control System in Small Aircrafts”, Aerospace Mechanics Journal (Dynamics, Vibrations and Control), Vol. 12, No. 1, pp. 13-19, 2016.##