طراحي كنترل تعقيب مسير كوادروتور با كنترل پسخورد حالت و تابع تنظيم ضرايب بهره بهينه

Trajectory Tracking Control of Quadrotor Using State Space Feedback by Optimal Gain Tuning

درتحقيق حاضر سيستم كنترل تعقيب مسير مرجع كوادروتور مورد توجه قرار گرفته است. براي اين منظور يك ساختار كنترل دوحلقه‌اي ارائه شده كه حلقه داخلي، مبتني‌بر روش پسخورد حالت، ضرايب بهره بهينه به صورت تابعي از متغيرهاي وضعيت به كمك الگوريتم ژنتيك استخراج شده است. سپس با استفاده از بانك داده‌هاي بهينه و روش حداقل مربعات، يك تابع تنظيم بهره بهينه به دست آمده كه به صورت برخط در حلقه كنترل مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تابع مذكور براساس رابطه خطي بين متغيرهاي حالت سيستم و بهره‌هاي كنترلي عمل مي‌نمايد. در طراحي حلقه خارجي از روش كنترل كلاسيكPID بهره گرفته شده است. از آنجاكه تابع محاسبه بهره‌هاي كنترلي از محاسبات الگوريتم ژنتيك استخراج مي‌گردد، بنابراين خواص تابع معيار بهينه‌سازي در اين تابع وجود دارد. براي ارزيابي اين روش، كنترل‌كننده طراحي شده با كنترل‌كننده PID كه بسيار پركاربرد است مقايسه شده است. نتايج شبيه‌سازي كارايي مناسب اين تكنيك در كنترل زواياي اويلر پرنده، بهبود در مجموع خطاي رديابي و كاهش مصرف انرژي در در مقايسه با روش PID را نشان مي‌دهد.

In this paper, a reference trajectory tracking control is designed for a typical quadrotor. For this purpose, two control loops is proposed as follow: the inner loop is based on state feedback control technique and optimal control which coefficients are obtained as a function of system states using the genetic algorithm. Then, optimal control coefficients functions are extracted using the optimally stored data and least square method. The mentioned control function is based on a linear relationship between system state space and control coefficients. In the outer control loop, the PID control is utilized. Since, in this approach, the control coefficients are obtained from the genetic algorithm, the properties of the fitness function are considered. The performance of the proposed controller is evaluated by a comparative study especially to the PID controller, which is widely used in the literature. The simulation results show the effective performance of this technique in controlling Euler angles, reduction in summation of tracking error and optimization in power consumption.