بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله به کنترل یک کوادروتور براساس تئوری آشفته تکین می پردازد.ابتدا مدل دینامیکی کوادروتور استخراج شده و سپس با استفاده از الگوریتم کنترلی کنترل وضعیت آن در نرم افزار متلب شبیه سازی شده است.کنترل و مسیر یابی ربات ها روزه به روز افزایش می یابد کنترل آرایش گروه های ربات، در ایجاد الگوها و اشکال هندسی مختلف، همچنین در محکم نگه داشتن اهداف ثابت یا متحرک شناخته شده، کاربرد دارد.
عمدتا توپولوژیهای مختلفی را برای فرم یک گروه از رباتهای مختلف مطرح می کنند. هرکدام از این توپولوژیها یا انتقالها، گروه را به یک بردار مرجع - مرکز جرم یا لیدر - و دیگر متغیرهای شکل، تفکیک میکند. بنابراین جداسازی دینامیکهای کلی به دینامیکهای مرجع و دینامیکهای ترکیب، انجام میگیرد. بهرههای کنترل کنندهی این دو دینامیک به شکلی انتخاب میشود که دینامیکهای مجموع به شکل یک سیستم آشفته تکین شود. بنابراین دو دینامیک در زمانهای متفاوتی همگرا میشوند، که دینامیک-های بردار قالب سریعتر از دینامیکهای مرجع هستند.در این مقاله یک استراتژی کنترل برای حل مساله ردیابی و مساله تشکیل پرواز گروه های کوادروتو و یا وسایل نقلیه بدون سرنشین - UAVs - با استفاده از روش پیرو- رهبر ارائه شده است .
.1 مقدمه
امروزه از هواپیماهای بدون سرنشین یا کوادروتور به طرز چشمگیری استفاده شده و به عنوان یکی از مهمترین و کارآمد ترین نوع تجهیزات نظامی و دفاعی محسوب می شود. این پرنده های بدون خلبان با نفوذ به عمق هدف می توانند اطلاعات مهمی را کسب نموده و فرماندهان را در پیشبرد اهدافشان یاری رسانند. علاوه بر آن محدودیت هایی را که ممکن است یک هواپیمای شناسایی ، رهگیری در انجام ماموریت خود داشته باشد این دسته از پرنده ها بخوبی ایفای نقش می نمایند. از هواپیماهای بدون سرنشین می توان بعنوان سکوهای مراقبتی ، پلهای ارتباطی و نظایر آن استفاده کرد. پرنده های بدون سرنشین علاوه بر مقاصد نظامی کاربرد روبه رشدی در امور غیر نظامی پیدا کرده و از محبوبیت خاصی برخوردار هستند.
2,1 پهپاد چیست؟
پَهپاد - پرنده هدایت پذیر از دور - UAV:Unmanned Aerial Vehicle - - یا هواپیمای بدون سرنشین - به اشیاء پرنده هدایتپذیر از راه دور - - RPV:Remotely Piloted Vehicle گفته میشود. هواپیماهای بدون سرنشین در ایران به »پهپاد« شهرت دارند که از حروف اول »پرنده هدایت پذیر از راه دور« گرفته شدهاست.
اجزای اصلی یک پهپاد عبارتند از: بدنه، موتور و محموله. بدنه یک پهپاد باید علاوه بر دارا بودن شرایط مناسب آیرودینامیکی،طوری طراحی شود که بتواند سامانههای ارتباطی، جنگافزارها، اشخاص و محموله ها و کلیه لوازم مرتبط با ماموریت محولهاش را در خود جای دهد و نیز با شرایط جوی منطقه ماموریت سازگار باشد. پهپادها نیاز به نوع خاصی از موتورها دارند. منظور از محمولههای پهپاد در واقع تجهیزات و متعلقات اضافی است که همراه پرنده برای انجام ماموریت خاصی فرستاده میشود که در پهپادهای شناسایی، دوربین فیلم برداری و عکس برداری،و در پهپادهای تهاجمی و انتحاری مهمات میباشد.
از این هواپیماها در امور نقشه برداری ، کشاورزی ، کنترل ترافیک ، هواشناسی ، آموزش های خلبانی و… استفاده شده و کارایی بالایی از خود نشان داده اند. از مهمترین ویژگی های یک پهپاد عبارتند از:
-1هزینه تمام شده پایین تر با توجه به انواع سرنشین دار هواپیماها و بالگرد ها
-2ابعاد کوچک و وزن کم
-3تحرک و سرعت عمل بالا و پایداری بیشتر در پرواز
-4تنوع پذیرش انواع ماموریت ها با ضریب اطمینان بالا در عملیاتها
-5استفاده از سامانه های هوشمند و پیشرفته و توان برقراری ارتباط شبکه ای
-6توانمندی در پنهانکاری و بازیافت موفقیت آمیز.
.2معرفی سیستم های آشفته تکین
مسئله مدل سازی سیستم ها همواره از مهم ترین مباحث فراروی مهندسین کنترل بوده است.از یک سو مهندسی کنترل مایل است که مدل بدست آمده حدالامکان ساده باشد تا امکان طراحی کنترل کننده ساده تری را فراهم کند و از سوی دیگر باید مراقب باشد که ساده سازی بیش از حد مدل مورد بحث باعث غیر واقعی شدن آن نشود.
ساده سازی مدل از مدت ها قبل در بین مهندسین کنترل رایج بوده و حتی قبل از اینکه مسئله ساده سازی به صورت تحلیلی مطرح شود با صرف نظر کردن از پارامترهای کوچک , از قبیل ثابت زمانی, جرم و...باعث کاهش مرتبه سیستم می شدند.
البته باید در نظر داشت که طراحی برای یک مدل ساده شده همواره قابل قبول نبوده و ممکن است معیارهای مورد نظر ما را براورده نسازد.لذا استفاده از روش های ساده سازی که امکان تحقق اهداف کنترلی مورد نظر را فراهم کند امری ضروری به نظر می رسد.
مفهوم اصلی روش های آشفتگی، تقریب ساختار یک سیستم از طریق صرفنظر کردن از برخی تعاملات در مدل می باشد که منجر به کاهش مرتبه می شود. از لحاظ مدل سازی یک سیستم ابعاد وسیع، روش های آشفتگی را میتوان بعنوان تکنیکهای تراکم تقریبی در نظر گرفتدو دستهی اصلی آشفتگی که قادر به مدلسازی سیستمهای ابعاد وسیع می باشد ، وجود دارد: مدل کوپل شدهی ضعیف و مدل کوپل شدهی قوی - یا همان آشفته تکین - .
1,2مدل کوپل شدهی ضعیف:
در بسیاری از سیستمهای کنترل صنعتی، برخی تعاملات دینامیکی برای کاهش حجم محاسبات برای تحلیل یا طراحی سیستم و یا هردو مورد، صرفنظر میشوند. نمونههای این موضوع در کنترل فرآیند شیمیایی و هدایت فضایی می باشد که زیر سیستمهای گوناگونی برای کنترل جریان، فشار و درجه حرارت در یک فرآیند کوپل شدهی دیگر با برای هر محور سیستم کنترل وضعیت سه محوره، طراحی می شود. در این روش معمولا بعد از بدست آمدن مقادیر ویژه، زیر سیستم آهسته و سریع تشکیل میشود و دارای الزامات و شرایطی جهت تایید زیر سیستمهای ایجاد شده می باشد
2,2مدل کوپلشدهی قوی - آشفته تکین - :
سیستمهای کوپلشدهی قوی ، سیستمهایی هستند که متغیرهای آنها دارای سرعتهای کاملا متمایزی می باشند. مدلهای چنین سیستمهایی براساس مفهوم "آشفته تکین" می باشد. در این نوع آشفتگی، در قسمت سمت چپ معادلهی حالت سیستم، یک پارامتر کوچکی در مشتق زمانی بردار حالت ضرب شده استدر بسیاری ازسیستمهاکه بیشتر آنها دارای ابعاد بزرگی هستند، متغیرهای سریعی دارند که مشخصهی آشفته تکین را از خود بروز میدهند.
