بهبود عملكرد كنترلر پسگام انتگرالي با استفاده از شناسايي حلقه بسته در تعقيب مسير يك كوادروتور

Backstepping control performance enhancement using close loop identification for quadrotor trajectory tracking

در اين مقاله با استفاده از روش هاي شناسايي خطي و غيرخطي مبتني بر حداقل مربعات بازگشتي و تكراري، عملكرد سيستم كنترل پسگام انتگرالي روي يك كوادروتور در حضور نامعيني ها، بهبود يافته است. در ابتدا مدل ديناميكي كوادروتور و نمايش معادلات توصيفي در يك فضاي حالت مناسب به منظور طراحي كنترلر پسگام انتگرالي معرفي شده است. سپس كنترلر پسگام انتگرالي به كمك كنترلر هاي مجازي به منظور تعقيب مسير طراحي شده است. در اين سيستم كنترلي به علت وجود برخي نامعيني هاي متداول فيزيكي در كوادروتور، عملكرد كنترلي رضايت بخش نيست، لذا براي بهبود عملكرد كنترلر پسگام انتگرالي يك روش شناسايي برخط معرفي و مورد استفاده قرار گرفته است. در اين راستا، برخي پارامترها كه در ساختار مدل به فرم خطي قرار دارند، با تكنيك حداقل مربعات خطا شناسايي مي‌شوند ولي در مورد برخي پارامترها كه ساختار غيرخطي دارند، از روش حداقل مربعات تكراري جهت شناسايي استفاده مي‌گردد. نتايج بدست آمده نشان از كاهش خطاي ماندگار و افزايش قابليت تعقيب مسير مطلوب در حضور نامعيني ها دارد. همچنين نتايج، حاكي از پايدار شدن زواياي رول و پيچ و ممانعت از نوساني شدن نيروهاي كنترلي دارد.

In this paper, using both linear and nonlinear identification methods based on iterative and recursive least-square, the performance of a backstepping control system of a quadrotor in the presence of uncertainties is improved. At first, the dynamic model of a quadrotor is introduced and descriptive equations are presented in an appropriate state-space in order to design a controller based on backstepping method. Then the backstepping controller is designed using virtual controller for trajectory tracking. In this control system, the control performance is not satisfactory because of the physical uncertainties existed in quadrotor. Consequently, an online identification method is introduced and used to improve the performance of the controller. In this regard, some parameters, which are linear in the model structure, are identified by least square error technique and iterative least square method is used for identifying other parameters. The results indicate that the steady-state error is decreased and the ability of tracking of a desired trajectory in the presence of uncertainties is increased. Furthermore, the results demonstrate the stability of roll and pitch angles, while the method prevents the vibration of control forces.