Title of article :
Design of an Intelligent Controller for Station Keeping, Attitude Control, and Path Tracking of a Quadrotor Using Recursive Neural Networks
Author/Authors :
hosravian, E Department of Mechanical Engineering - Payame Noor University, Lashkarak Highway, Tehran, Iran , Maghsoudi, H Faculty of new Sciences and Technologies - University of Tehran, Tehran, Iran
Pages :
12
From page :
747
To page :
758
Abstract :
During recent years there has been growing interest in unmanned aerial vehicles (UAVs). Moreover, the necessity to control and navigate these vehicles has attracted much attention from researchers in this field. This is mostly due to the fact that the interactions between turbulent airflows apply complex aerodynamic forces to the system. Since the dynamics of a quadrotor are non-linear and the system is a multivariable one, moreover, it has six degrees of freedom for only four control inputs, then it is an under actuated system. This is why conventional control algorithms employed to track desired trajectories of fully actuated aerial vehicles are no longer applicable for quadrotors. The main step in the manufacturing of a fully autonomous unmanned aerial vehicle is to design a controller which stabilizes the aerial vehicle in the presence of uncertainties and disturbances, then navigate it along a desired trajectory. The aim of this study is to design and implement an intelligent controller for station keeping, attitude control, and path tracking of a quadrotor. For this purpose, an artificial neural network method was employed. The artificial neural network is one of the most powerful and useful tools in the modification of a control system. In this study, the control methods conventionally applied to quadrotors are reviewed at first. Then, in order to analyze the behavior of the system and also to design the controller, the state equations of a quadrotor are discussed. Following that, the design of a recurrent neural network based non-linear PID control algorithm is presented. Finally, the results of the simulation performed are presented, and the performance of the proposed algorithm are investigated. It was shown that by using the proposed algorithm, the quadrotor tracks the desired trajectory, and simultaneously, its attitude is stabilized.
Farsi abstract :
در سال هاي اخير تمايل فزاينده اي براي بهره برداري از وسايل پرنده بدون سرنشين و پژوهش پيرامون آنها پديد آمده است. در همين راستا، حفظ موقعيت، حفظ وضعيت و تعقيب مسير اين دسته از پرنده ها نيز اهميت فراواني پيدا كرده است. دليل اين مسئله آن است كه برهم كنش ميان جريان هاي اغتشاشي نيروهاي آيروديناميكي پيچيده اي را به سامانه اعمال مي كنند. به جهت آن كه ديناميك يك كوادروتور غيرخطي بوده و سامانه از نوع چندمتغيره مي باشد، مضاف بر آن سامانه داراي شش درجه ي آزادي براي تنها چهار ورودي كنترلي است، بنابراين مي توان آن را يك سامانه ي زيرتحريك در نظر گرفت. به همين دليل است كه در مورد كوادروتورها نميتوان از الگوريتم هاي متداول مورد استفاده براي تعقيب مسير پرنده هاي بدون سرنشين ديگر بهره برد. گام اساسي در ساخت يك پرنده ي بدون سرنشين كاملاً خودكار، طراحي يك كنترلر براي پايدارسازي آن در حضور اغتشاشات محيطي و عدم قطعيت ها و نيز راهبري در يك مسير مشخص است. هدف اين پژوهش، طراحي و اجراي يك كنترلر هوشمند براي حفظ موقعيت، كنترل وضعيت و تعقيب مسير يك كوادروتور است. در اين پژوهش، براي نيل به اين هدف از روش شبكه ي هوش مصنوعي استفاده شد. اين روش يكي از ابزارهاي بسيار كارآ و مفيد در بهينه سازي يك سامانه ي كنترلي است. در اين مقاله، ابتدا روشهاي كنترلي متداول كه بر كوادروتورها اعمال مي شود، مرور شده است. در ادامه، به منظور تحليل رفتار سامانه و نيز طراحي كنترلر، معادلات حالت يك كوادروتور ارائه و مورد بحث قرار گرفته است. سپس، نحوه ي طراحي الگوريتم كنترلي PID غيرخطي مبتني بر شبكه ي هوش مصنوعي بازگشتي ارائه مي شود. درنهايت، نتايج شبيه سازي هاي صورتگرفته ارائه و بر اساس اين نتايج، عملكرد الگوريتم پيشنهادي بررسي ميشود. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه با استفاده از الگوريتم پيشنهادي، هر دو هدف حفظ وضعيت و تعقيب مسير مطلوب توسط كوادروتور تامين مي شود.
Keywords :
Trajectory Tracking , Station Keeping , Quadrotor , Non-Linear PID Control , Artificial Neural Network , Intelligent Controlling
Serial Year :
2019
Record number :
2496416
Link To Document :
بازگشت