بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله یک رویکرد کنترل ردیابی م سیر کوادروتور با ا ستفاده از روشهای کنترل یادگیری تکرار شونده فازی پی شنهاد میگردد. این الگوریتم کنترلی براساس خطای بین خروجی واقعی و خروجی مطلوب، سیگنال کنترلی را بگونهای محاسبه میکند که در هر بار تکرار فرآیند خطای ردیابی کمتر شود و در نهایت به کمترین مقدار خطای ممکن دست یابد. از اینرو کنترل یادگیری تکرارشونده یک رویکرد قدرتمند با عملکرد بالا برای انجام موفقیتآمیز ماموریتهای تکراری با وجود اغتشاشات و عدم قطعیتها میباشد. نتایج شبیه سازی نشاندهنده توانایی و اثربخشی کنترل یادگیری تکرارشونده فازی پیشنهادی برای انجام موفقیتآمیز ماموریت های خاص باوجود اختلالات و عدم اطمینان ها است.
-1 مقدمه
امروزه حیطه کاربرد هواپیماهای بدون سرنشین بسیار گسترده شده است، بگونهای که از آنها برای فیلمبرداری، عملیاتهای نظامی، کاربردهای کشاورزی، نظارت هواشناسی، نظارت بر بلایای طبیعی و نقشهبرداری استفاده میگردد. در کنترل هواپیماهای بدون سرنشین با توجه به غیر خطی بودن سی ستم، هدایت خودکار بدون وجود خلبان و ح ضور اغت شا شات خارجی همچون باد، نیاز به سیستم قدرتمند و قابل اطمینان است. کوادروتور یک نوع خاص از هواپیمای بدون سرنشین است که دارای چهار روتور با شکل متقارن برای تولید نیرو است.
یک کوادروتور میتواند به صورت عمودی اوج بگیرد، به عقب برگردد، در هر جهت مانور انجام دهد و حمل بار زیادی را نسبت به وزن خود دا شته با شد. علاوه بر این، یک کوادروتور در مقای سه با انواع دیگر هواپیماهای بدون سرنشین بسیار کوچک است، که این ویژگی آن را قیمت ارزان میکند و ترددش را در مناطق شهری ممکن میسازد.
به منظور دستیابی به کنترل خودکار، مطالعات و تحقیقات ب سیاری بر روی کوادروتور انجام شده ا ست. با این حال، با توجه به غیر خطی بودن آن ها، ویژگی های چ ند ورودی بودن و تزویج بین ورودی ها، روش های کنترل سنتی نظیر کنترل انتگرالی-مشتقی- تناسبی - PID - به منظور کنترل کوادروتور عملکرد مطلوبی ندارند .[1-2]
به عنوان یک روش بهینهسازی با کنترل ف یدبک حالت، رگولاتور درجه دوم خطی - LQR - با بکارگیری معادله ریکاتی وابسته به حالت میتواند عملکرد خوبی به منظور کنترل کوادروتور بدون ح ضور اغت شا شات دا شته با شد 3]، .[4 روشهای کنترل مد لغز شی در برابر عدم قطعیت مقاوم ه ستند، اما طراحی و پیاده سازی آنها سبتاً پیچیده ا ست و ممکن ا ست دارای چترینگ نیز باشند 5]، .[6 در مرجع [7] نیز کنترل ∞ برای تضمین پایداری روتور با اغتشاشات خارجی کوچک پیشنهاد شده است. همچنین در مرجع [8] یک کنترل فازی تطبیقی مقاوم پی شنهاد گردید، اما پایداری آن تنها محدود فرآیند خا صی بود.
روشهای کنترلی مبتنی بر شبکه عصبی در [9] اجرا شدهاند که عملکردی خوبی از خود نشان دادهاند، اما حجم محاسباتی زیادی برای آموزش شبکههای عصبی مورد نیاز است که میتواند کاربرد آنها را در واقعیت محدود کند. ایده کنترل یادگیری تکرارشونده - ILC - مبتنی بر کنترل PD/PID ساده در مرجع [10] ارایه شد. در این تحقیق ایده فرآیند یادگیری انسان اتخاذ شدهو عمدتاً در بازوهای رباتیک که وظایف آنها تکراری است، بکارگرفته شدهاند.
کنترل یادگیری تکرارشونده در برابر عدم قطعیت و اغتشاشات مقاوم است و زمانی که یک کار خاص مکررا انجام میشود، میتواند عملکرد ردیابی را بهبود بخشد. کنترل یادگیری تکرارشونده برای اولین بار درمرجع [10] پیشنهاد شد، که در آن فقط بخش مشتقگیر و اطلاعات از تکرارهای قبلی برای تعیین ورودی کنترل تکرار فعلی استفاده شد ه است. برخی از انواع کنترلکنندههای یادگیری تکرار شونده مبتنی بر کنترل تناسبی [11]، کنترل تناسبی مشتقی [12]، کنترل تناسبی انتگرالی [13] و کنترل انتگرالی-تناسبی-مشتقی [14] هستند، اما اکثر آنها نمیتوانند همگرایی یکنواخت را برای سیستمهای غیر خطی تضمین کنند.
نرخ همگرایی سریعتر میتواند با استفاده از خطاهای تکراری فعلی - کنترل یادگیری تکرارشونده برخط - در مراجع 15]، [16 و یا توسط ترکیبی از کنترلکننده های یادگیری تکرارشونده برخط و برون خط در مرجع [17] بدست آید. همچنین با استفاده از کنترلکننده یادگیری بهره سوئیچینگ توسعهیافته در 18]،[19 میتوان به نرخ همگرایی یکنواخت سریعتر و خطای ردیابی کمتر دست یافت. مقایسه عملکرد انواع مختلف کنترلکنندههای یادگیری تکرارشونده در مرجع [20] صورت گرفته است.
نوآوری این تحقیق ارایه یک کنترلکننده یادگیری تکرارشونده فازی جدید برخط به منظور کنترل ردیابی مسیر کوادروتور و بهبود عملکرد کنترلکننده در حضور عدم قطعیت و اغتشاش خارجی است. قابلیت این کنترلکننده پیشنهادی به منظور حذف اغتشاشات تصادفی مورد بررسی قرار گرفته و به اث بات رس یده است. در این م طال عه کنترلکن نده یادگیری تکرارشونده مبتنی بر سیستم فازی به منظور کنترل کوادروتور برای ردیابی مسیرهای دلخواه مختلف در حضور عدم قطعیت و اغت شاش بکارگرفته شده ا ست. شبیه سازیها برای تایید توانایی انجام ماموریتهای مختلف به صورت تکراری با برخی از قیود صورت گرفته است.
-2 مدل دینامیکی کوادروتور
کوادروتور شامل چهار روتور میشود که نیرویی به سمت بالا برای خنثی نمودن وزن و بار خود تولید میکنند. شکل 1 سیستم مختصات و موقعیت روتورهای مورد استفاده در این تحقیق را نشان میدهد.
