تخمين خطي مرتبه پايين از يك پهپاد چهارپره تجاري با استفاده از داده هاي پروازي

Low-order Linear Estimation of a Commercial Quadrotor using Flight Test Data Sets

در اين مقاله به منظور بهبود عملكرد حلقه هدايت يك چهارپره تجاري مجهز به سيستم كنترل و ناوبري ارزان قيمت، از مدل هاي شناسايي شده براساس داده هاي پروازي استفاده شده است. براي اين منظور، رابطه بين سرعت و زاويه حول محورهاي افقي و همچنين رابطه بين چرخش حول محورهاي سه گانه با دستورات تعريف شده در اتوپايلوت پرنده به صورت مجزا از يكديگر شناسايي شده است. براساس نتايج حاصل از آزمون هاي ميداني، استفاده از يك تابع تبديل درجه اول براي توصيف چرخش حول محور عمودي از دقت كافي برخوردار است. همچنين توصيف عملكرد افقي چهارپره در قالب دو مدل خطي درجه اول متوالي، يك مدل بين دستور تغيير زاويه و تغيير زواياي رول و پيچ و مدل ديگر بين زواياي رول و پيچ و سرعت هاي افقي، از دقت كافي برخوردار است. براي تخمين پارامترهاي مجهول مدل ها نيز با توجه به خطي و نامتغير با زمان بودن سيستم از تخمين گر حداقل مربعات خطا برروي داده هاي حاصل از تست هاي پروازي استفاده شده است. در پايان با استفاده از مدل هاي شناسايي شده، يك ردياب PID براي افزايش دقت در رديابي مسيرهاي مرجع پياده سازي گرديده است. براي اطمينان از عملكرد مطلوب روش پيشنهادي، اثر بكارگيري ردياب مسير مبتني بر مدل شناسايي شده به عنوان حلقه بيروني كنترل بررسي شده است. نتايج ارزيابي عملي در فضاي داخل ساختمان نشان از بهبود عملكرد سيستم در رديابي مسيرهاي مرجع ورودي دارد.

n this paper, a functional model, which is identified based on flight test data sets, is used to improve the performance of guidance loop of a commercial quadrotor equipped with a low-cost autopilot and navigation system. For this purpose, relationships between horizontal velocities and the quadrotor attitudes around the horizontal axes and relationships between three quadrotor attitudes with the correspondent commands sent to the autopilot are identified independently. The first model describes the relation between rotation around the axes of the quadrotor with declared commands in the autopilot system and the other describes the relation between horizontal velocities with the angle around the longitudinal and latitudinal axes of the quadrotor. According to the experimental test results, a first order transfer function has enough accuracy to describe the rotation around the vertical axis with related commands. Also, the description of the relation between the horizontal velocities and the autopilot commands has suitable accuracy using two consequent first order transfer functions; one model between the applied commands and changes of roll and pitch angles, and the other between roll and pitch angles and the horizontal velocities. Due to the linear time invariant characteristics of the system, the least square estimator is used to estimate unknown parameters of the models. To evaluate the identified models, the performance of the path tracking using a PID controller as the outer controller is investigated. The results of the indoor tests show significant improvements in path tracking that confirms enough accuracy of the identified models.