طراحی، ساخت و شناسایی وضعیت یک چهارپره قابل حمل براساس داده‌های تست پروازی مبتنی‌بر روش و الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 پژوهشگر، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 استادیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

10.22044/jsfm.2024.13843.3808

چکیده

این مقاله به دو بخش اصلی تقسیم می‌شود: بخش اول فرآیند طراحی، ساخت و انتخاب المان‌های چهارپره و در بخش دوم مدل‌سازی و تخمین پارامترهای مدل مبتنی‌بر روش الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی انجام شده‌است. چهارپره ساخته شده در اینجا با دو رویکرد اصلی قابل حمل و ارزان قیمت بودن طراحی ساخته شده‌است. بنابراین، سعی شده‌است که چهارپره با المان‌های تجاری ساخته شود. ازطرفی در ادامه برای طراحی کنترل‌کننده مناسب و استخراج ضرایب کنترلی، نیاز به در اختیار داشتن مدلی مناسب و دقیق از دینامیک پرنده است. هدف دومی که در این مقاله دنبال می‌شود شناسایی مدل و استخراج مدل مناسب توابع تبدیل وضعیت چهارپره براساس نتایج تست پروازی است. در این پرنده اتوپایلوت دارای دو حلقه کنترلی از نوع PD است که با استفاده از پسخورد داده‌های ناوبری و مقایسه آن با مقادیر وضعیت مطلوب در هر لحظه چهارپره را کنترل می‌نماید. سپس با استفاده از داده‌های تست پروازی شامل زوایا و نرخ تغییرات آن‌ها و با در نظر گرفتن یک تابع تبدیل گسسته مرتبه دوم دکوپله برای هر کانال وضعیت، شناسایی سیستم مبتنی‌بر دو روش الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی انجام گردیده است. نتایج حاصله بیانگر این است که به‌صورت کلی میزان تطبیق در هر سه کانال به روش الگوریتم ژنتیک 48/81 درصد و برای روش الگوریتم شبکه عصبی 62/82 درصد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • دهقان م؛ پارسا ع؛ آهنگرانی فراهانی ع. و قزلباش ا (2018) تخمین خطی مرتبه پایین از یک پهپاد چهارپره با استفاده از داده‌های ‏پروازی. نشریه علمی-پژوهشی مهندس هوانوردی 25-35: (20)1.
  • Colorado R, Aguilar L. T (2020) Robust PID Control of Quadrotors with Power Reduction Analysis. ISA Transactions 98: 47-62.
  • Najm A, A, Ibraheem I, K (2019) Nonlinear PID Controller Design for a 6-DOF UAV Quadrotor System. Int. J.‎ Sci. Tech. 22(4): 1087-1097.‎
  • Lotufo M. A, Colangelo L, Novara C (2020) Control Design for UAV Quadrotors via Embedded Model Control. in IEEE Transactions on Control Systems Technology 28(5): 1741-1756.‎
  • Yoo J, Jang D, Kim H. J, Johansson K. H (2021) Hybrid Reinforcement Learning Control for a Micro Quadrotor Flight. in IEEE Control Systems Letters 5(2): 505-510.‎
  • تکینی و.، و شهبازی ح (2018) طراحی الگوریتم‌های کنترلی انتگرال-مشتق گیر- تناسبی مرتبه کسری و معمولی همراه با بررسی تجربی عملکرد آن برای کنترل موقعیت زاویه‌ای کوادروتور. مجله علمی پژوهشی مکانیک و شاره‌ها 50-37: (8)2.
  • Navabi M, Mirzaei H (2017) Robust Optimal Adaptive Trajectory Tracking Control of Quadrotor Helicopter. Latin American J. ‎ Struct. 14(6): 1043-1066.‎
  • Eltayeb A, Rahmat M. F, Ariffanan M, Basri M (2020) Adaptive Feedback Linearization Controller for Stabilization of Quadrotor ‎ Int. J. Integ. Engin. 12(4): 1-17.‎
  • Samantaray J, Chakrabarty S (2019) A Fuzzy Sliding Mode Control ‎Design for Quadcopter. International Conference on Unmanned ‎Aerial System In Geomatics: 191-200 ‎
  • Santoso F, Garratt M. A, Anavatti S. G (2021) Hybrid PD-Fuzzy and PD Controllers for Trajectory Tracking of a Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle: Autopilot Designs and Real-Time Flight Tests. in IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems 51(3): 1817-1829.
  • Tran H. K, Nguyen T. N (2018) Flight Motion Controller Design using Genetic Algorithm for a Quadcopter. J. Measur. Cont. 51: 59-64.
  • Morris D‏‎; Che X. Q, Kind A (2018) Real-Time System Identification of Quadrotor Dynamics. 13th IEEE Conference on Industrial ‎Electronics and Applications (ICIEA), Wuhan, China: 1563-1568.‎
  • Guo M; Su Y, Gu D (2017) System Identification of the Quadrotor with Inner Loop Stabilization System. Int. J. ‎, Identif. Contr. 28(3): 245-255.‎
  • Khodja M. A; Tadjine M; Boucherit M. S, Benzaoui M (2017) Experimental Dynamics Identification and Control of a Quadcopter. 6th ‎International Conference on Systems and Control (ICSC), Batna, Algeria: 498-502.‎
  • پارسا ا؛ کلهر ا؛ امیری آتشگاه م (2017) بهبود عملکرد کنترلر پسگام انتگرالی با استفاده از شناسایی حلقه بسته در ‏تعقیب مسیر یک چهارپره. مجله مهندسی مکانیک مدرس 224-234: (16)11.‏
  • برجی منفرد ص؛کلهر ا؛ امیری آتشگاه م (2016) کنترل غیرخطی مقاوم ‏H_∞‎‏ و پیشبین برای ردیابی مسیر چهارپره با ‏استفاده از تخمین پارامترهای سیستم. مجله مهندسی مکانیک مدرس 32-42: (16)7.‏
  • Gremilion G, Humbert J (2010) System Identification of a Quadrotor Micro Air Vehicle. AIAA Atmospheric Flight Mechanics ‎Conference, Ontario Canada.‎
  • Manuel V, Resendiz A, Araiza E. R (2016) System Identification of a Quad-rotor in X Configuration from Experimental Data. Research ‎in Computing Science 118: 77–86.‎
  • Krajnik T, Vonasek V, Fiser V, Faigl J (2011) AR-Drone as a Platform for Robotic Research and Education. International ‎Conference on Research and Education in Robotics: 172-186.‎
  • Sa I, Corke P (2011) Estimation and Control for an Open-Source Quadcopter. Proceedings of Australasian Conference on Robotics ‎and Automation, Monash University, Melbourne Australia.‎
  • محمدی ع؛ مناقب م؛ عباسی ا و ساداتی ح (2021) طراحی کنترل‌کننده ترکیبی برای ردیابی مسیر یک کوادروتور با وجود اغتشاش نامعین. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 17-32: (11)5.‏ ion, Beihang
  • Zhang X, Wang Y, Zhu G, Chen X, Li Z, Wang C, Su Y (2021) Compound Adaptive Fuzzy Quantized Control for Quadrotor and Its Experimental Verification. in IEEE Transactions on Cybernetics 51(3): 1121-1133.
  • Rabah M, Rohan A, Han Y, Kim S (2018) Design of Fuzzy-PID ‎Controller for Quadrotor Trajectory-Tracking. Int. ‎ Fuzzy Logic and Intelligent Systems 18(3): ‎‎204-213.‎
  • Immanual S. Dو Chakraborty U. K (2019) Genetic algorithm: An ‎Approach on Optimization. 2019 International Conference on ‎Communication and Electronics Systems (ICCES): 701-708.‎
  • نوروزی ر؛ شهبازی ح و جمشیدی ک (2017) طراحی و پیاده‌سازی عملی کنترلرهای هوشمند عصبی و PD ترکیبی با بهره‌گیری از شبکه عصبی برای کوادروتور. مجله مهندسی مکانیک مدرس 204-197: (10) 17.
  • Simec A, Kostanjevac J, Golubic L. T (2022) Neural Networks and their Application for Image Recognition. 2022 45th Jubilee International Convetion on Information, Communication and Electronic Technology (MIPRO), Opatija, Croatia: 1532-1538.
  • Mastons N. C, Rajan D, Camp J (2022) Design and Analysis of Neural Network-based, Single-User Codes for Multiuser Channels. 2022 IEEE Latin-American Conference on Communications (LATINCOM), Rio de Janeiro, Brazil: 1-6.
  • Li Z, Li S, Luo X (2023) Efficient Industrial Robot Calibration via a Novel Unscented Kalman Filter-Incorporated Variable Step-Size Levenberg-Marquardt Algorithm. in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 72: 1-12.
  • کراری م (1388) شناسایی سیستم، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک)، چاپ اول.
مکانیک سازه ها و شاره ها
دوره 14، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1403
صفحه 93-107

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار