كنترل كوادروتور با الگوريتم بهينه غيرخطي وابسته به حالت و تحليل عملكرد ديناميكي آن تحت اثر ميدان باد

Control of quadrotor by using state-dependent Riccati equation method and analyzing its dynamic performance under wind field

كوادروتورها در دهه‌هاي اخير به دليل ماموريت‌هاي ويژه و كاهش هزينه‌هاي عمليات پروازي مورد توجه قرار گرفتند. در اين مقاله براي اين پهباد سه سناريو پروازي براي فيلم‌برداري از يك منطقه تعريف شده است كه در آن‌ها وضعيت كوادروتور بر پايه روش كنترل بهينه غيرخطي وابسته به حالت تحليل شده است. در سناريو اول يك نمونه آزمايشگاهي به جهت يافتن زواياي اويلر مورد نياز براي اجراي مانور، تست گرفته شده است؛ اين نمونه، يك كوادروتور است كه بر اساس روش تناسبي– مشتق‌گير بنا شده است؛ بدين منظور در شبيه‌سازي نتايج بدست‌آمده از اين روش آورده شده است تا با نتايج روش غيرخطي وابسته به حالت صحه‌سنجي شود. در سناريو دوم و سوم كوادروتور براي پوشش‌دادن سطح بيشتري از منطقه در مسيرهاي پيچيده‌تر مربعي و دايره‌اي مانور مي‌دهد. از پارامترهاي مهم براي انجام ماموريت‌هاي ذكرشده، درنظرگرفتن عامل خارجي باد مي‌باشد؛ بنابراين انجام اين ماموريت‌ها مستلزم پايداري كوادروتور تحت اثر ميدان باد براي تضمين امنيت آن است؛ براي اين منظور اثر نيرويي و گشتاوري ميدان باد نمونه بر معادلات حركت پهباد اعمال مي‌گردد. عملكرد ديناميكي كوادروتور براي روش‌هاي كنترلي تناسبي– مشتق‌گير، خودتنظيم خطي مرتبه دوم و غيرخطي وابسته به حالت در تقابل با ميدان باد مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

In recent decades, quadrotors are considered, because of the special missions and reducing the cost of flight operation. In this paper, three flight missions are defined to the quadrotor for shooting the special area. Attitude control of quadrotor is analyzed on basis of state-dependent Riccati equation. In the first mission, an experimental sample is taken in order to find the Euler angles for the implementation of routes. The sample quadrotor is on basis of the proportional–derivative controller. For this purpose, results of simulation base on proportional–derivative controller are conducted and the results are validated by state-dependent Riccati equation controller method. In the second and the third missions, the quadrotor is given maneuver by state-dependent Riccati equation method and flies in more complex routes such as square and round to cover more surface. Considering external wind fieldis the important parameter for the mention missions. The feasibility of these missions related to quadrotor stability and guaranteed security in wind field, for this purpose, the influence of force and moment of the wind field is applied to equations of motion of quadrotor. Dynamic performance of quadrotor is investigated for proportional–derivative, linear quadratic regulator and state-dependent Riccati equation methods encountering wind field.