كنترل سمت كوادروتور با پياده‌سازي آزمايشگاهي كنترل‌كنندههاي PID اصلاح‌شده و حالت لغزشي

Attitude Control of a Quadrotor Using Implementation of Modified PID and Sliding Mode Controllers

كنترل سمت پهپادها پايه و اساس بسياري از سيستم‌هاي كنترلي نظير كنترل موقعيت، تعقيب مسير، تعقيب اهداف متحرك و عبور از موانع به شمار مي‌رود. از اين رو طراحي يك كنترل‌كننده سمت مناسب كه توانايي مقابله با اغتشاشات خارجي، كم‌عملگري مكانيكي، تغيير در مدل يا پارامتر فيزيكي سيستم و برهم‌كنش ميان زيرسيستم‌هاي آن را داشته باشد، از مهمترين بخش‌هايي است كه مي‌تواند در كنترل پهپادها مورد بررسي قرار گيرد. هدف از اين مقاله، بررسي پايدارسازي و كنترل زوايا و سمت يك كوادروتور بوده كه بدين منظور در ابتدا مدل ديناميكي سيستم با استفاده از روش نيوتن-اويلر تعيين شده و پارامترهاي مورد نياز مدل مانند ممان اينرسي، ضريب تراست و ضريب گشتاور درگ به كمك روش‌هاي آزمايشگاهي و يك نمونه فيزيكي واقعي شناسايي مي‌گردد. در ادامه با طراحي كنترل‌كننده PID اصلاح‌شده و كنترل غيرخطي حالت لغزشي، عملكرد هر كدام از اين آنها در تعقيب سمت كوادروتور و تحت شرايط اغتشاش و وجود نويز در سنسورها بررسي و شبيه‌سازي مي‌شود. در نهايت كنترل‌كننده‌هاي طراحي شده بر روي يك نمونه واقعي سه درجه آزادي پياده‌سازي شده و نتايج آزمايشگاهي كنترل‌كننده‌هاي PID اصلاح‌شده و حالت لغزشي با يكديگر و با نتايج حاصل از بخش شبيه‌سازي مقايسه مي‌گردند.

Attitude control of the UAV’s is the basis of many control systems such as position control, trajectory traking, traking moving targets and obstacle avoidance. Hence, one of the most important parts of the UAV's control is designing an appropriate and efficient controller, so that system is able to eliminate or reduce external disturbances, mechanical underactuation, changes in the model or physical parameter and interactions between its subsystems. In this paper, the attitude control problem is studied. For this purpose, the dynamics model of a quadrotor is derived by using Newton-Euler method and the required parameters of the model such as moment of inertia, thrust and drag torque coefficient is identified by experimental methods and an actual physical sample. Then, modidied PID and sliding mode controllers are designed to provide attitude tracking for quadrotor and performance of these controllers is investigated in the presence of disturbance and sensors noise. Finally, the designed controllers are implemented on a real 3DOF system and the experimental results are compared with the simulation results.