رديابي مسير به وسيله هواپيماي عمود پرواز در حضور نايقيني و اغتشاش

Trajectory tracking of a VTOL aircraft with uncertainty and disturbances

در اين نگاشت نامه كنترل رديابي براي هواپيماي عمود پرواز مورد بررسي قرار گرفته است. هدف كنترلي، رديابي يك مسير سه بعدي از پيش تعيين شده توسط هواپيما در حضور اغتشاش هاي ثابت و نايقيني در ماتريس اينرسي است. با تكيه بر الگوريتم استخراج، كنترل ديناميك انتقالي و چرخشي از يكديگر جدا ميشوند. ابتدا يك كنترل كننده مجازي براي ديناميك انتقالي طراحي مي گردد كه جهت تراست مطلوب از روي آن استخراج مي گردد. براي فائق آمدن بر زير-تحريك بودن ديناميك انتقالي، در طراحي كنترل كننده مجازي از پياده سازي يك سيستم كمكي و يك تخمين گر براي خنثي كردن اثر اغتشاش ديناميك انتقالي استفاده شده است. همچنين براي كراندار نگاه داشتن تخمين انجام گرفته از عملگر تصوير هموار بهره گرفته شده است. براي كنترل ديناميك چرخشي به طوري كه جهت تراست مطلوب به دست آمده محقق گردد، از كنترل تطبيقي مد لغزنده استفاده شده است. ازآنجاييكه مقدار ماتريس اينرسي و كران اغتشاش ديناميك چرخشي معلوم نيست از ساختار تطبيقي در طراحي بهره گرفته شده تا به وسيله آن كرانه اي نامعلوم تخمين زده شود. پايداري كنترل كننده ارائه شده با استفاده از تحليل پايداري لياپانوف اثبات شده است. در پايان نتايج شبيه سازي براي نشان دادن كارايي كنترل كننده معرفي شده در مقاله ارائه گرديده است.

This paper addresses the trajectory tracking of a Vertical Take-Off and Landing (VTOL) aircraft. Our objective is to design a controller for a VTOL aircraft in such a way that the aircraft tracks a predefined 3d spatial path in the presence of constant disturbances and uncertainty in the inertial matrix. Taking advantage of the extraction algorithm, we separate the design for the translational and rotational dynamics. First, a virtual controller is designed for the translational dynamics from which the ideal thrust direction is extracted. To deal with the under-actuation of the translational dynamics, we have exploited an auxiliary system while an estimator is also involved in the design of the virtual controller to compensate for the effect of the translational disturbance. In order to keep our estimation bounded, we utilize the projection operator which is also smooth enough. An adaptive sliding mode control is used for rotational dynamics control such that the ideal thrust is accomplished. Since the inertial matrix and the bound on rotational disturbance are unknown, an adaptive structure is used to estimate the unknown bounds. The stability of the control framework is established through Lyapunov analysis. Finally, simulation results are given to test the validity of the proposed control scheme.