طراحي كنترل‌كننده هيبريد فازي – مد لغزشي فرا‌پيچش براي كلاس خاصي از ديناميك غير‌‌خطي كوادروتور

Fuzzy Hybrid Super-Twisting Sliding Mode Controller Design for a Class of Non-linear Dynamics of a Quadrotor

طراحي كنترل‌كننده براي سيستم‌هاي غير‌خطي چند ورودي- چند خروجي مانند وسايل بدون سرنشين كوادروتور به دليل كوپلاژ شديد بين متغيرهاي حالت و معادلات ديناميكي به شدت غيرخطي آن هميشه يك موضوع چالش‌ برانگيز بوده است. علاوه بر اين كوادروتور يك وسيله ديناميكي غير‌خطي كم‌عملگر (چهار عملگر در مقابل شش درجه آزادي) است، به دليل كم‌عملگر بودن وسيله براي داشتن حركت در جهت افقي بايد از تركيب تغييرات در سرعت عملگرهاي چهارگانه موجود استفاده كرد. بطوريكه با ايجاد زاويه بين صفحه فرضي كوادروتور و سطح افق مي‌توان وسيله را وادار به حركت در جهت طولي يا عرضي كرد. بنابراين در سيستم كنترل كوادروتور دو حلقه كنترلي تو‌در‌تو نياز است. يك حلقه بيروني براي تعيين زاويه مناسب وسيله نسبت به افق براي حركتهاي افقي و يك حلقه داخلي كه وظيفه رساندن زاويه صفحه وسيله به اين زاويه تعيين شده را دارد و بسته به زياد يا كم بودن اين زاويه، سرعت افقي وسيله زياد يا كم ميشود. در اين مقاله تلاش شده كه يك كنترل‌كننده غير‌خطي هيبريد فازي‌-‌مد لغزشي فراپيچش براي كنترل يك كوادروتور نمونه طراحي و از كنترل‌كننده فازي در حلقه بيروني و از كنترل‌كننده مد لغزشي فراپيچش در حلقه داخلي استفاده شود. مزيت مهم اين استراتژي اين است كه سرعت حركت افقي وسيله را بهينه مي‌كند. اگر فاصله از هدف زياد باشد زاويه صفحه وسيله نيز زياد و اگر فاصله كم شود اين زاويه نيز كمتر مي‌شود. در نتيجه وسيله با سرعت مطلوبي به هدف مي‌رسد. نتايج شبيه‌سازي انجام شده مويد اين امر است.

Controller design for non-linear multi-input, multi-output systems, such as unmanned quadrotor vehicles, has always been a challenging issue due to the strong interconnection between state variables and highly nonlinear dynamic equations. In addition, quadrotor is an under-actuated non-linear dynamic device. Due to being under-actuated for moving in the horizontal direction, the combination of changes in the speed of the existing quadruple operators should be used. So that, by creating the angle between the quadrotor hypothetical plane and the horizon surface, the device can be forced to move in the longitudinal or transverse direction. Therefore, in the quadrotor control system, two nested control loops are required. An outer loop to determine the appropriate angle of the device relative to the horizon for horizontal movements and an inner loop that is required to angle of the device panel is equal to this angle. In this paper, a fuzzy hybrid super-twisting sliding mode non-linear controller for controlling a sample quadrotor is designed. For this purpose, a fuzzy controller in the outer loop and a super twisting sliding mode controller in inner loop are used. An important advantage of this strategy is that it optimizes the horizontal speed of the device. If the distance from the target is too high, the angle of the device panel also increases, and if the distance is reduced, the angle also decreases. As a result, the device reaches the target with the desired speed. The performed simulation results confirmed this fact.