پايدارسازي زاويه‌اي كوادروتور با استفاده از كنترل‌كننده فازي تطبيقي تناسبي-انتگرالي-مشتقي

Attitude Stabilization of Quadrotor Using Adaptive Fuzzy Proportional Integral Derivative Controller

كوادروتور يك ربات پرنده بدون سرنشين از دسته پهپادهاي چندملخه است كه قابليت مانورپذيري بسيار بالا، نشست و برخاست عمودي و پرواز ساكن در هوا را دارا مي‌باشد. با اين حال، ديناميك غيرخطي و زير‌تحريك كوادروتور نيازمند كنترل‌كننده‌هاي پيشرفته‌تري براي غلبه بر اغتشاش‌هاي خارجي، حفظ تعادل و رديابي دقيق مسير پرواز است. در اغلب كاربردها، سيستم ديناميكي كوادروتور در معرض نيروهاي اغتشاشي ناشي از وزش باد و نامتوازني وزن يا اينرسي ناشي از حمل بار است. براي حفظ تعادل و تثبيت موقعيت، پايدارسازي زاويه‌اي كوادروتور در حضور نيروهاي اغتشاشي و نامتوازني‌ها ضروري است. استفاده از كنترل‌كننده‌هاي سنتي با بهره‌هاي كنترلي ثابت براي حذف اغتشاش‌هاي متغيري كه در شرايط متفاوت به سيستم ديناميكي كوادروتور وارد مي‌شوند چندان كارآمد نيست. در مقاله حاضر يك كنترل‌كننده فازي تطبيقي تناسبي-انتگرالي-مشتقي براي پايدارسازي زاويه‌اي كوادروتور طراحي شده كه در آن بهره‌هاي كنترلي بر مبناي عملكرد قانون تطبيق و سيستم فازي به طور پيوسته تنظيم مي‌شوند. عملكرد كنترل‌كننده طراحي شده در شبيه‌سازي يك آزمون غلبه بر نامتوازني وزني بررسي و با كنترل‌كننده سنتي تناسبي-انتگرالي-مشتقي مقايسه شده است. همچنين عملكرد كنترل‌كننده طراحي شده با استفاده از يك استند آزمايشگاهي سه درجه آزادي در يك آزمون تجربي به روش سخت‌افزار در حلقه مورد اعتبارسنجي قرار گرفته است.

Quadrotor is an unmanned aerial robot from multi-rotor drones group that has high maneuverability, vertical take-off, and landing and stationary flight capabilities. In the most practical applications, the quadrotor system is subjected to external disturbance forces due to wind and unbalanced weight or inertia of the payload. To maintain balance and hold the position, attitude stabilization of the quadrotor is necessary for the presence of disturbances and unbalanced forces. Using conventional controllers with constant gains is not very efficient to eliminate variable disturbances that affect quadrotor motion in different conditions. In this paper, an adaptive fuzzy proportional integral derivative controller is designed for quadrotor attitude stabilization in which controller gains are regulated continuously based on the adaptive laws and the fuzzy inference system. The performance of the proposed controller is examined in the disturbance rejection test and is compared to the conventional proportional integral derivative controller. Also, the performance of the proposed controller is approved by hardware in the loop experimental tests using a 3 degree of freedom pilot platform. The experimental results will show the effectiveness of the adaptive fuzzy proportional integral derivative controller compared with the conventional proportional integral derivative controller.