تحليل ديناميكي يك كوادروتور در شرايط كاري متغير

Dynamic Analysis of a Quadrotor in Variable Operating Conditions

در اين مقاله روي مدل‌سازي ديناميكي كوادروتور با توجه به تغييرات در شرايط كاري آن تمركز شده‌است. هدف اصلي اين پژوهش ارائه‌ي معادلات ديناميكي كامل حاكم بر كوادروتور با استفاده از روش اويلر-لاگرانژ و با درنظر گرفتن تمامي نيروهاي آيروديناميكي كه بر حركت آن تاثير مي‌گذارند مي‌باشد. در مقالات پيشين، معادلات ديناميكي هيچگاه به طور جامع درنظر گرفته نشده‌است. مطالعه ديناميك كوادروتور به شناخت فيزيك و رفتار آن كمك مي‌كند و به حصول يك مدل دقيق از سيستم مي‌انجامد. با حصول چنين مدلي كنترل كوادروتورا به مراتب ساده‌تر از مدل‌هاي غير دقيق موجود مي‌شود. جهت درنظر گرفتن مجموعه نيروها و گشتاورهاي دخيل در ديناميك كوادروتور، از مطالعات انجام شده پيشين استفاده مي‌شود و پس از شرح دادن هر يك از نيروها و روابط دقيق آن‌ها، مدل ديناميكي كامل كوادروتور ارائه مي‌شود. در انتها عملكرد سيستم در دو شرايط كاري متفاوت يكي بدون درنظر جسم متصل خارجي به كوادروتور و ديگري در شرايط كوپل شده با يك دوربين، به صورت عددي شبيه‌سازي مي‌گردد و به كمك آن‌ها مدل ديناميكي حاصل صحه‌گذاري مي‌شود. در شرايط كاري اول در دو آزمون متفاوت به بررسي و مقايسه معادلات ديناميكي كار حاضر با كارهاي پيشين پرداخته‌ خواهدشد. در شرايط كاري دوم عملكرد كوادروتور تحت تاثير دوربين متصل به آن كه با حركت خود معادلات ديناميكي سيستم را به صورت پيوسته تغيير مي‌دهد، بررسي مي‌شود.

This paper focuses on the dynamic modeling of quadrotor with respect to changes in operating conditions. The main objective of this investigation is to provide complete governing quadrotor dynamic equations using the Euler-Lagrange method considering all aerodynamic forces which affect its motion. In previous papers, dynamical equations are never considered comprehensively. The study of quadrotor's dynamics permits to understand its physics and behavior and provides a precise model of the system. Once such a model is obtained, the control of quadrotor turns much simpler than current inaccurate models. In order to take into account, the set of forces and torques involved in quadrotor dynamics, the previous studies are used and after describing each of the forces and their precise terms, the complete dynamic quadrature model is presented. At the end, the system's performance is simulated in two different operating conditions, one regardless of the external object coupled with quadrotor, and the other in the coupled condition with a camera, and by this means, the achieved dynamic model is validated. In the first operating conditions in two different tests, the dynamic equations of the present work will be compared against the previous ones. In the second operating conditions, the quadrotor performance under influence of a connected camera whose motion changes continuously the system dynamic equations is studied.