بررسي عملكرد كنترل كننده‌هاي مد لغزشي مرتبه اول و دوم در كنترل مسير كوادروتور همراه با عدم قطعيت

Study of the performance of the first and second order sliding mode controllers on trajectory tracking control of quadrotor in presence of uncertainty

كوادروتور از جمله پرنده‌هاي بدون سرنشين است كه به دليل قابليت بالا در مانوردهي و ساختار نسبتاً ساده مورد توجه قرار گرفته ‌است. در مقابل، رفتار به شدت غيرخطي از معايب اين وسيله به شمار مي‌آيد. با توجه به اينكه مدل ديناميكي كوادروتور غيرخطي و همراه با عدم قطعيت‌ها است، از روشهاي كنترل مقاوم از جمله مد لغزشي به منظور رديابي مسير مطلوب و پايداري سيستم استفاده مي‌شود. با وجود قابليت‌هاي بالاي روش مد لغزشي، مشكل نوسان فركانس بالا در سيگنال ورودي از معايب آن به شمار مي‌رود كه با استفاده از روشهاي مرتبه بالا كاهش مي‌يابد. در اين مقاله رفتار كنترل كننده‌هاي مد لغزشي مرتبه اول و دوم در رديابي دقيق موقعيت و زاويۀ ياو همراه با پايدارسازي زواياي رول و پيج كوادروتور تحت شرايط عدم قطعيت زياد مورد بررسي قرار گرفته است. در مد لغزشي مرتبه دوم از الگوريتم فراپيچشي براي طراحي كنترل كننده استفاده شده ‌است. با وجود عدم قطعيت‌هاي پارامتري در سيستم، نتايج حاصل از شبيه سازي‌ها نشان از كارآمدي روش كنترلي مد لغزشي مرتبه دوم در رديابي، پايداري و كاهش پديدۀ نوسانات ناخواسته دارد.

Quadrotor is one type of unmanned aerial vehicles which it's maneuverability and simple structure has extracted fascination. In spite of this, its highly non-linear behavior can be regarded as one of its disadvantages. The dynamic model of quadrotor is nonlinear with many sources of uncertainty, so in the controller design process, robust control methods such as sliding mode, are required in order to achieve good tracking and stabilization results. In contrast to the high capabilities of sliding mode control approach, high frequency switching of the control signal, is considered as one of its disadvantages, which can be reduced by using higher order techniques. In this paper the behavior of the both first order and second order sliding mode controllers in, trajectory tracking of the position and the yaw angle to their desired values and stabilization of the roll and pitch angles of the quadrotor, under high uncertain conditions, are investigated. The second order sliding mode control was designed based on super twisting algorithm. Considering high parametric uncertainty in quadrotor data, the comparison between the results of the two methods, shows the good performance of the second order sliding mode control, in terms of tracking, stabilization and chattering reduction.