طراحی کنترل بهینه‌ و مقید یک جسم پرنده با رویکرد کنترل یش بین و پیاده سازی آن در آزمایشگاه سخت‌افزار در حلقه

نوع مقاله: گرایش دینامیک،ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این مقاله، یک روش نوین برای طراحی کنترل­کننده­ بهینه­ مقیّد اجسام پرنده ارائه و برای یک جسم پرنده با نقاط کار خیلی‌ زیاد، شبیه‌سازی شده‌ است. از آنجا که روش کنترل پیش‌بین تفاضلی مقاومت بالایی در برابر نامعینی­های مدل نشده دارد، نقاط کار زیادی را پوشش می­دهد. در روش ارائه شده با ترکیب کنترل­گر PID و کنترل پیش­­بین مقید از مزایای هر دو روش استفاده شده و در عین حال معایب آن­ها رفع گردیده ­است. در روش جدید، سیگنال کنترل بهینه­ مقید از یک الگوریتم ساده و بدون نیاز به تولید ماتریس‌های بزرگ    به­دست آمده ­است. در این مقاله، با انجام این ترکیب سیگنال کنترل بهینه­ مقید محاسبه و به­دلیل کوچک شدن ابعاد ماتریس‌های تولید شده، روش ارائه­شده در یک جسم پرنده که نقاط کار زیادی دارد، قابل پیاده­سازی است. روش ارائه­شده در آزمایشگاه سخت­افزار در حلقه در هر سه کانال برای یک جسم پرنده با موفقیت تست و با روش معمول  PIDمقایسه شده است. نتایج شبیه‌سازی، عملکرد عالی این روش را با دارا بودن مقاومت بالا و با قابلیت پیاده­سازی ساده را نشان می‌دهد.  

کلیدواژه‌ها


  1. Kale, M. and Chipperfield, A.J. “Reconfigurable Flight Control Strategies Using Model Predictive Control”; Proc. Int. Conf. Symposium Intelligence Control. Vancouver, CANADA, 2002.##
  2. Anderson, P. and Stone, H. “Predictive Guidance and Control for a Tail-Sitting Unmanned Aerial Vehicle”; Proc. Int. Conf. Information Decision and Control. Adelaide, Australia, 2007.##
  3. Guemghar, K., Srinivasam, B., Mullhaupt, P. and Bonvin, D. “Predictive Control of Fast Unstable and Nonminimum-Phase Nonlinear System”; Proc. Int. Conf. Anchorage, USA, 2002.##
  4. Richards, A., Breger, L. and How, J.P. “Analytical Performance Prediction For Robust Constraint Model Predictive Control”, J. Cont. Vol. 79, No 9, pp. 877-894, 2006.##
  5. Hovland, S., Gravdahl, J. T. and Willcox, K.E. “Explicit Model Predictive Control For Large Scale Systems via Model Reduction”, J. Guid. Cont. Dyn. Vol 31, pp. 918-926 , 2008.##
  6. Konstantin, K., Huck, S. and Summers, T.H. “Fast Model Predictive Control of Miniature Helicopters;” Proc. Europe. Conf. Cont. Zürich, Switzerland, 2013.##
  7. Mayne, D.Q.,  Rawlings, J.B.,  Rao, P.O.M. “Constrained Model Predictive Control: Stability and Optimality”, J. Automatica. Vol 36, No. 6, pp. 789-814, 2000.##
  8. Rossiter, J.A. “Model Based Predictive Control: A Practical Approach”, CRCPress, New York, United States, 2004.##
  9. Hess, R.A. and Jung Y.C. “An Application of Generalized Predictive Control to Rotorcraft Terrain-following Flight”, IEEE. Transaction. Sys. Vol. 19, No. 3, pp. 955-962, 1989.##

10. Ghahramani, N.O. and Towhidkhah F. “Constrained incremental Predictive Controller Design for a Flexible Joint Robot”, ISA. Transactions. Vol 48, No 3, pp. 321-326, 2009.##

11. Camacho, EF. and Bordons C. “Model Predictive Control”, Springer Press, Sevilla, Spain, 1999.##

12. Mingzhu, Xu., Xiaoli, Li., Heping, Liu. and Yanshuang, Hao. “Adaptive Predictive Functional Control with Stochastic Search”, Proc. Int. Conf. Inf. Acqu. Shandong, China, 2006.##

13. Peter, W., Gibbens, D.B. Medagoda. “Efficient Model Predictive Control Algorithm for Aircraft”, J. Giud. Cont. Dyn. Vol. 34, No. 6, pp. 1909-1915, 2011.##

14. Chen, Y., Cuccato, D., Bruschetta, M. and Beghi, A. “A Fast Model Predictive Control Strategy for Real-Time Motion Control of Mechanical Systems”, Proc. Int. Conf. AIM. Munich, Germany, 2017.##

15. Lam, D. “A Model Predictive Approach to Optimal Path-Following and Contouring Control”, PhD Thesis the University of Melbourne, 2012.##

16. Wng, L. “Model Predictive Control System Design and Implementation Using MATLAB”, SpringerPress, London, 2009.##

17. Valencia-Palomo, G. and Rossiter, J.A. “Using Laguerre Functions to Improve Efficiency of Multi-Parametric Predictive Control”, Proc. Int. Conf. ACC. Baltimore, USA, 2010.##

18. Maciejowski, JM. “Predictive Control with Constraints”, PrenticeHall, Harlow, United Kingdom, 2009.##

19. Musavi, H. “PID Parameters Designing Based on Predictive Control”, M.s.c Thesis, Malek Ashtar University of Technology, Faculty of Engineering, 2013. (In Persian).##

20. Johnson, M.A, Moradi, M.H. “PID Control: New Identification and Design Methods”, Springer-Verilog, London, United Kingdom, 2005.##

21. Katebi, M.R.  and Moradi, M.H.  “Predictive PID Controllers”, Proc. Int. Conf. Cont. App. London, United Kingdom, 2001.##

22. Yadegari, A., Nazari M.S. and Ghahramani, N.O. “Application and Evaluation of Laguerre Functions in Helicopter Flight Control System Designed by Model Predictive Control”, Aerospace Mechanics Journal, Vol. 15, No. 1, pp. 25-38, 2018. (In Persian)