طراحی و کنترل ساختار جدید کوادکوپتر با بازوی متحرک برای بهبود پایداری دینامیکی

کوادکوپترها پرنده هایی عمودپرواز با چهارپره هستند که به دلیل چابکی و جذابیت های دینامیکی بالا، مورد توجه مهندسین کنترل قرار گرفته است. ازآنجاکه فقط در راستای عمود نیروی تراست دارند، سیستم کنترل آنها سه فازی بوده و باعث ایجاد مشکلات حرکتی از جمله لزوم زاویه عرضی هنگام حرکت صفحه ای می شود. در این مقاله، یک ساختار نوین برای پهپاد چهارپره ای باهدف رفع این چالش ها طراحی، تحلیل، و شبیه سازی شده است. در نخستین گام، باتکیه بر اصول طراحی مفهومی، سازه ای جدید برای پهپاد پیشنهاد شده که با تغییر در پیکربندی و نحوه توزیع نیروها، امکان بهبود عملکرد حرکتی در راستای افقی را فراهم می سازد. به منظور مدل سازی دقیق رفتار دینامیکی این پهپاد با ساختار نوین، معادلات حرکت آن با بهره گیری از روش اویلر - لاگرانژ استخراج شده است. این معادلات زمینه ساز تحلیل های کنترلی دقیق تر و توسعه برنامه های کنترلی کارآمد برای ساختار پیشنهادی بوده اند. در ادامه، جهت ارزیابی عملکرد و بررسی قابلیت های کنترلی ساختار طراحی شده، یک کنترل کننده مود لغزشی برای سیستم پیاده سازی شده و شبیه سازی های عددی در محیط نرم افزاری مناسب انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی ها موید عملکرد مطلوب و پایداری مناسب پهپاد پیشنهادی در مقایسه با مدل مرسوم کوادکوپتر می باشد. در گام نهایی، به منظور اثبات مزایای ساختار نوآورانه ارائه شده، عملکرد دینامیکی آن با یک کوادکوپتر متداول تحت شرایط کنترلی یکسان مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج مقایسه ها نشان می دهد که ساختار جدید از نظر دقت کنترل، پاسخ پذیری و پایداری عملکرد، و انجام ماموریت های فضایی خاص به طور محسوسی برتر بوده و می تواند به عنوان گزینه ای مناسب جهت ارتقای سامانه های پروازی آینده مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

پهپاد ترکیبی ، پهپاد هدایت پذیر ، کنترل پهپاد