کنترل مد لغزشی با الگوریتم فراپیچشی برای ردیابی موقعیت و حالت کوادروتورو تخمین ارتفاع توسط فیلتر کالمن

کوادروتور یک ربات پرنده عمود پرواز با قابلیت کنترل پذیری و مانورپذیری بالا است. دینامیک به شدت غیر خطی، کاملا کوپل شده، چند متغیره و ناپایدار، آن را به لحاظ اعمال کنترلرهای مختلف، مورد توجه محققین قرار داده است. روش کنترل مد لغزشی برای سیستم های غیر خطی و چند متغیره پاسخ مناسبی دارد. مزیت های این روش پاسخ سریع، مقاوم بودن در برابر اغتشاشات خارجی، دینامیکهای مدل نشده و عدم قطعیت، سادگی نسبی قانون کنترل، حجم محاسبات اندک و سادگی در پیاده سازی است. از همین رو کنترل مد لغزشی را می توان انتخاب مناسبی برای کوادروتور در نظر گرفت. این روش مانند روش های دیگر، نقاط ضعفی دارد که می توان به مهمترین آن، یعنی نوسانات فرکانس بالا در سیگنال کنترل اشاره کرد که به پدیده چترینگ و یا وزوز معروف است. هدف اصلی این مقاله، دستیابی به کنترلر با سرعت بالا، حذف چترینگ در کنترل مد لغزشی کلاسیک و بهبود عملکرد کوادروتور است که با کنترل مد لغزشی مرتبه دوم فراپیچشی این امر محقق می شود. استراتژی مد لغزشی مرتبه ی دوم با الگوریتم فراپیچشی برای کنترل کوادروتور پیاده سازی می شود. لازم به ذکر است کنترل مد لغزشی فراپیچشی نسبت به کنترل مد لغزشی کلاسیک از سرعت بالاتر و از مزیت حذف چترینگ برخوردار است. همچنین حالت های سیستم و سیگنال های کنترلی را سریع تر به نقطه تعادل همگرا می کند. در ادامه برای حذف کامل چترینگ های جزئی و کوچک از یک ابتکار علمی جدید در کنترل مد لغزشی فراپیچشی، یعنی تغییر تابع علامت به تابع تانژانت هایپربولیک تمامی چترینگها حذف می شوند که برای اولین بار در این مقاله آورده شده است. همچنین از یک فیلتر کالمن با معادلات پیوسته نیز برای تخمین ارتفاع، که تعیین موقعیت قبل و اصلاح موقعیت بعد است استفاده میشود. استفاده از فیلتر کالمن می تواند موقعیت ارتفاع و حرکت عمودی را تخمین زده و بهبود ببخشد، که یکی از مهمترین ویژگی های این وسیله ی پرنده می باشد.

کلیدواژه ها:

کوادروتور ، مد لغزشی ، فیلتر کالمن ، الگوریتم فراپیچشی ، چترینگ