Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Danesh,Majdodin Najafi
محمد دانش (استاد راهنما) مجدالدین نجفی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Amirhossein Jalalaei
امیرحسین جلالائی دستجردی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Design of Quadrotor Auto-Landing Control and Implementation of Quadrotor Attitude Control System
: Concerning the rapid growth in using autonomous aerial vehicles in variety of tasks, needs for ability of autonomously takeoff of these vehicles are added to the first priorities. Quadrotors are including in unmanned aerial vehicles, general purpose, vertical takeoff landing vehicles (VTOL) group that because of their high maneuverability, outdoor flying ability and indoor obstacles and low space flying ability are in the center of attentions. Control of position and orientation of VTOL vehicles with low amount of actuators like quadrotor can be one of the main challenging issues in this field. One of the critical tasks for these kinds of vehicles that attract researchers’ attentions is safely landing of vehicles on a designated place. In this thesis, firstly we consider extracting of dynamic relation and modeling of quadrotor then in order to stabilize quadrotor and the possibility of hot pursuit custom path, an appropriate controller is designed. Control algorithm used for quadrotor is in form of a double loop structure. In the design of the external loop, in order to control the transition dynamics of quadrotor, PD controller is used and in design of the internal loop, in order to control rotation dynamics of quadrotor PD and super twisting second order sliding mode controller is used. Controllers used in design of the inner loop is individually used on the system dynamics simulation model and results of the performance are about to be compared. In order to evaluate the performance of the two automatic quadrotor flight control systems based on PD-PD and PD-SMC, different motion paths are designed. In addition to this, in order to check the amount of robust disclosure of any of the control algorithms, chase of the designed paths, once in presence of external turbulence and once without presence of external turbulence done and from results the behavior of the quadrotor can be examined. After reviewing the designed automatic flight control systems, an intelligent algorithm for automatic landing of quadrotor is offered. In implementation of the provided landing algorithm, an automatic flight control system based on PD-SMC is used and the presented system algorithm is evaluated in presence of wind as an external turbulence. In order to implement control algorithms and use them on real quadrotor model in operational condition, with study of autopilot systems available on the market, hardware of quadrotors’ condition control system is designed. In this system, in order to stabilize quadrotor and control rotational movements of quadrotor, a PD controller is used. Finally, in order to evaluate the performance of the system, several tests have been done and the authenticity of the performance of the control algorithms implementation is evaluated in terms of practical assessment. Keywords: Quadrotor, Flight Control system, Robust Control, Sliding Mode, Autolanding, Autopilot, Path Planning
با توجه به رشد سریع و گسترش استفاده از وسایل هوایی بدون سرنشین در کاربردهای متفاوت، نیاز به قابلیت پرواز خودکار این‌گونه وسایل، بیش از پیش به وجود آمده است. کوادروتورها ازجمله وسایل هوایی بدون سرنشین همه‌منظوره عمودپرواز هستند که به دلیل قابلیت مانور پذیری بالای آن‌ها، برای پرواز در محیط های خارجی، داخلی و یا در فضاهای محدود، حتی با وجود موانع مورد توجه هستند. کنترل وضعیت و موقعیت یک وسیله عمودپرواز کم عملگر مانند کوادروتور، می تواند به عنوان یکی از چالش های موجود در این زمینه باشد. یکی از ماموریت ها و وظایف حیاتی برای این دسته از وسایل هوایی که توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است، قابلیت فرود خودکار بر روی محل تعیین شده، به صورت ایمن می باشد. در این پایان نامه، ابتدا به استخراج روابط دینامیکی کوادروتور و مدل سازی آن می پردازیم و پس از مدل سازی سیستم، به منظور پایدارسازی کوادروتور و امکان تعقیب مسیر دلخواه توسط آن، کنترل کننده مناسب طراحی می گردد. الگوریتم کنترلی به کار رفته برای کوادروتور، به صورت یک ساختار دو حلقه ای می باشد. در طراحی حلقه خارجی، به منظور کنترل دینامیک انتقالی کوادروتور، از کنترل کننده تناسبی- مشتق گیر و در طراحی حلقه داخلی، جهت کنترل دینامیک چرخشی پرنده، از کنترل کننده های تناسبی- مشتق گیر و مد لغزشی مرتبه دوم سوپر توئیستینگ استفاده می شود. کنترل کننده های استفاده شده در طراحی حلقه داخلی، به صورت جداگانه بر روی مدل دینامیک سیستم شبیه سازی شده و نتایج حاصل از عملکرد آنها مورد مقایسه قرار می گیرد. به منظور ارزیابی عملکرد دو سیستم کنترل پرواز خودکار کوادروتور مبتنی بر PD-PD و PD-SMC، مسیرهای حرکت متفاوتی طراحی می شود. علاوه بر این، در راستای بررسی میزان مقاوم بودن هر یک از الگوریتم های کنترلی به کار رفته، تعقیب مسیرهای طراحی شده، یکبار در حضور اغتشاشات خارجی و یکبار بدون آن، انجام می شود و از نتایج بدست آمده، رفتار کوادروتور مورد بررسی قرار می گیرد. پس از بررسی سیستم های کنترل پرواز خودکار طراحی شده، یک الگوریتم هوشمند برای فرود خودکار کوادروتور ارائه می گردد. در پیاده سازی الگوریتم فرود ارائه شده، از سیستم کنترل پرواز خودکار مبتنی بر PD-SMC استفاده می شود و عملکرد الگوریتم ارائه شده، در حضور باد به عنوان یک اغتشاش خارجی، مورد ارزیابی قرار می گیرد. به منظور پیاده سازی عملی الگوریتم های کنترلی و استفاده بر روی مدل واقعی کوادروتور در شرایط عملیاتی، بورد سخت افزار سیستم کنترل وضعیت کوادروتور، با مطالعه سیستم های خلبان خودکار موجود در بازار، طراحی می گردد. در این سیستم، به منظور پایداری و کنترل وضعیت چرخشی کوادروتور، از کنترل کننده تناسبی- مشتق گیر استفاده می شود. درنهایت، در راستای بررسی عملکرد سیستم ساخته شده، آزمون های متعددی انجام می شود و صحت عملکرد الگوریتم های کنترلی پیاده سازی شده، در شرایط عملی ارزیابی می گردد. کلمات کلیدی: کوادروتور، سیستم کنترل پرواز، کنترل کننده مقاوم، فرود خودکار، سیستم خلبان خودکار، مد لغزشی، طراحی مسیر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی