طراحي كنترل كننده براي مدل غيرخطي كوادروتور با استفاده از فيدبك خطي ساز و PID مرتبه كسري با تنظيم بر اساس تئوري شبكه عصبي

Feedback Linearization Fractional Order PID Controller Tuned By Neural Networks Theorem

كوادروتور يك سيستم زير تحريك و غيرخطي كوپل شده است. جهت كنترل، از روش پس‌خوراند خطي ساز [1] (FL) بر اساس ديناميك سيستم استفاده ‌شده است و به ‌اين ‌ترتيب سيستم غيرخطي پيچيده به يك سيستم خطي ساده تبديل مي‌گردد، علاوه بر اين از تركيب كنترل ‌كننده PID مرتبه كسري[2] (FOPID) با فيدبك خطي ساز استفاده مي‌شود تا تنظيم موقعيت كوادروتور به ‌دقت انجام شود. تنظيم ضرايب كنترل‌ كننده FOPID به دليل داشتن دو پارامتر بيشتر نسبت به كنترل كننده عادي PID، داراي پيچيدگي بيشتري است براي همين از شبكه‌هاي عصبي[3] ( NNs) براي تنظيم پارامترهاي FOPID استفاده مي‌شود. براي به‌روزرساني وزن‌هاي شبكه عصبي از الگوريتم پس انتشار خطا[4] ( BP) بهره برده مي‌شود. از شبكه‌هاي عصبي به دليل انعطاف‌پذيري و آموزش بر خط مي‌توان براي غلبه بر نامعيني‌ها و افزايش قوام كنترل كننده استفاده كرد. پياده‌سازي عملگر مرتبه كسري به دليل داشتن بعد[5] بي‌نهايت با مشكلاتي مواجه است و در اين مقاله از تقريب بهينه اوستالوپ براي تخمين و پياده‌سازي عملگر كسري استفاده مي‌شود. درنهايت نتايج شبيه­سازي براي بررسي دقت روش ارائه‌ شده و همچنين مقاومت آن ارائه مي­شوند.

Quadrotor is an underactuated and nonlinear coupled system. in this paper for controlling the dynamic of the system, feedback linearization (FL) method is used to convert the nonlinear model to a simple linear one. Moreover, a combination of fractional order PID (FOPID) with FL is used to improve the tracking ability. Tuning the parameters of NFOPID, because of two more orders of integral and derivation is a complicated task; therefore neural networks (NNs) method is used to cope with this duty. Back propagation (BP) algorithm is used to train the weights of the NNs. Because of the flexibility and online learning of the NNs, the proposed controller can be robust against uncertainties and disturbances. The fractional order operator has infinite dimension and for practical implementation modified Oustaloup's method is used in this paper. and finally the results of the simulations also validate the effectiveness and robustness of the proposed scheme.