شناسايي و كنترل سيستم هاي ناپايدار با ايجاد حلقه هاي داخلي و خارجي پياده سازي بر روي مولتي روتور

An Inner-Outer Loop Approach to Identify and Control Unstable Plants Implementation on a Multi-Rotor

شناسايي سيستم‌هاي ناپايدار همواره موضوعي پر چالش در زمينه‌ي طراحي كنترل كننده‌ها بوده‌است، چرا كه روش‌هاي معمول شناسايي براي سيستم‌هاي ناپايدار، مدل مناسبي را ارائه نمي‌دهند. علاوه بر اين لازم است داده برداري جهت شناسايي اين نوع سيستم‌ها در حلقه بسته كنترلي صورت گيرد كه خود با چالش‌هاي بيشتري روبروست و نيازمند الگوريتم‌هاي پيچيده و رويكردهاي متفاوت مي‌باشد. هدف از اين تحقيق ارائه روشي جديد براي شناسايي سيستم و طراحي كنترل سيستم‌هاي ناپايدار در حلقه مي‌باشد. براي اين منظور ديناميك ناپايدار را در يك حلقه دروني قرار مي‌دهيم و پس از پايدار‌سازي اوليه سيستم به وسيله كنترل‌كننده‌‌ي دروني (Inner Controller)، به شناسايي حلقه‌ي دروني به عنوان ديناميك جديد پرداخته و سپس براي اين حلقه يك كنترل‌كننده‌ي بيروني (Outer Controller) طراحي مي‌شود. براي اعتبار‌سنجي، اين روش بر روي يك آونگ معكوس طراحي و شبيه‌سازي شده است و همچنين بر روي يك سيستم آزمايشگاهي (ميز‌كار يك درجه آزادي مولتي روتور) پياده‌سازي شده ‌است. از آنجا كه ديناميك پرنده مورد مطالعه ذاتا ناپايدار است؛ كنترل‌گر دروني بر روي مدلي با دقت پايين طراحي و عملكرد آن شبيه‌سازي مي‌شود. پس از پياده‌سازي كنترل‌كننده‌ دروني بر روي سيستم واقعي و داده برداري، مدل ديناميكي حلقه دروني شناسايي مي‌شود و در انتها با در دست داشتن مدل دقيق حلقه‌ي دروني، طراحي كنترل‌گر‌ بيروني به گونه اي انجام مي‌شود تا پايداري را افزايش و عملكرد را بهبود ببخشد. نتايج شبيه‌سازي و آزمايش حاكي از عملكرد جالب توجه و بسيار خوب اين روش مي‌باشند.

Identification of unstable systems always has been a challenging issue in the field of controller design. The purpose of this study is to provide a new way to identify and design the control of unstable systems in the loop. For this purpose, after stabilizing the system with a simple controller (Inner Controller), the Inner Loop is identified and then an accurate controller (Outer Controller) will be designed for this loop. For validation, this method is simulated on an inverted pendulum and also implemented on a laboratory system. Because the multi-rotor is unstable, the Inner controller is designed and simulated on a low-precision model. After implementing the Inner controller on the real system and data gathering, the dynamic model of the Inner Loop is identified and finally, with the exact model of the inner loop, the design of the Outer controller is done to Improve stability and performance. The simulation and test results show the interesting and very good performance of this method.