طراحي كنترل‌كننده مُد لغزشي فازي تطبيقي براي كنترل موقعيت و زواياي يك بالگرد چهارملخه

Adaptive Fuzzy Sliding Mode Position and Attitude Control for a Quadrotor UAV

در اين مقاله، يك كنترل‌‌كننده مُد لغزشي فازي تطبيقي براي كنترل موقعيت و زواياي يك بالگرد چهارملخه پيشنهاد شده است. ابتدا، مدل ديناميكي بالگرد چهارملخه به دو زيرسيستم تحريك كامل و فروتحريك تقسيم شده است. در زيرسيستم تحريك كامل از تركيب خطاي رديابي موقعيت و سرعت يكي از متغيرهاي حالت در تعريف سطح لغزش استفاده شده است و در نتيجه سطح لغزش زيرسيستم تحريك كامل داراي دو ضريب مجهول مي‌باشد. در صورتي كه سطح لغزش در زيرسيستم فروتحريك از تركيب خطي خطاي رديابي موقعيت و سرعت دو متغير حالت تشكيل شده و در نتيجه، داراي چهار ضريب مجهول مي‌باشد. در اين مقاله، به منظور به دست آوردن ضرايب غيرخطي سطح سوئيچينگ از روش پايداري هارويتز استفاده شده است. اثبات رياضي نشان مي‌دهد كه سيستم حلقه بسته در حضور عدم‌قطعيت‌هاي ساختاري و غيرساختاري، داراي پايداري مجانبي سراسري است. در ادامه براي از بين بردن پديده نامطلوب زيگزاگ‌ در ورودي كنترل، از يك تقريب‌گر فازي تطبيقي استفاده شده است. براي بررسي عملكرد كنترل پيشنهادي، شبيه‌سازي‌هايي در دو مرحله بر روي يك بالگرد چهارملخه انجام شده است. نتايج اين شبيه‌سازي‌ها، كارايي روش كنترلي پيشنهاد شده را نشان مي‌دهد.

In this study, a new methodology based on the adaptive fuzzy sliding mode control method is introduced to track the position and attitude of a quadrotor UAV. Firstly, the dynamic model of the quadrotor is divided into an underactuated and a fully actuated subsystems. By combining the position and velocity tracking errors of one state variable, a sliding surface of fully actuated subsystem with two coefficients is defined. However, a sliding surface of underactuated subsystem is constructed via a linear combination of position and velocity tracking errors of two state variables with four coefficients. This methodology considers the Hurwitz stability theorem for obtaining the nonlinear coefficients of the sliding surface of underactuated subsystem. In addition, the flight controllers are derived by using mathematical theories, which guarantees that the closed-loop system is the global asymptotic stable in the presence of structured and un-structured uncertainties. Furthermore, in order to eliminate the control chattering phenomenon, the adaptive fuzzy approximator is used. The effectiveness of the proposed control method in the position and attitude tracking of a quadrotor is demonstrated through two set of simulation results, which shows its superior performance.