Порівняння систем керування мультироторним БПЛА (укр.)
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2025.340377Ключові слова:
квадрокоптер, стабілізація висоти, ПІД-регулятор, нечітка система, LQR, SimulinkАнотація
У статті розглянуто задачу стабілізації висоти квадрокоптера під дією зовнішніх збурень, зокрема поривів вітру. Використано стандартну математичну модель такого об’єкту, що базується на жорсткому тілі з шістьма ступенями вільності (6-DOF), описаними рівняннями Ньютона та Ейлера. Розглядаються рівняння динаміки, що описують результуючу силу та момент, а також швидкості та кутові швидкості у відповідній системі координат.
Метою дослідження є порівняльний аналіз ефективності різних стратегій керування для стабілізації висоти під час дії збурень. Зокрема, розглядаються ПІД-регулятор, нечітка логіка (Fuzzy Logic) та лінійно-квадратичний регулятор (LQR). Проведено моделювання роботи систем керування з використанням кожного типу регулятора, оцінено якість перехідних процесів, стійкість та здатність до відновлення рівноваги після впливу збурень.
Результати демонструють відмінності у швидкості реакції, точності стабілізації та адаптивності методів керування, що дозволяє визначити оптимальні підходи для забезпечення надійного утримання висоти квадрокоптера в умовах змінного середовища. Моделювання систем керування здійснено за допомогою MATLAB Simulink.
Посилання
R. Amin, L. Aijun, and S. Shamshirband, “A Review of Quadrotor UAV: Control Methodologies and Performance Evaluation,” International Journal of Automation and Control Engineering, vol. 10, no. 2, pp. 87–103, 2016.
M. A. Tofigh, M. J. Mahjoob, and M. Ayati, “Dynamic Modeling and Nonlinear Tracking Control of a Novel Modified Quadrotor,” International Journal of Robust and Nonlinear Control, vol. 28, no. 2, pp. 552–567, 2018.
S. An, S. Yuan, and H. Li, “Self-Tuning of PID Controllers Design by Adaptive Interaction for Quadrotor UAV,” in Proceedings of the 7th IEEE Chinese Guidance, Navigation and Control Conference (CGNCC), 2016, pp. 1547–1552.
A. Das, F. Lewis, and K. Subbarao, “Backstepping Approach for Controlling a Quadrotor Using Lagrange Form Dynamics,” Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol. 56, no. 1-2, pp. 127–151, 2009.
D. Lee, H. J. Kim, and S. Sastry, “Feedback Linearization vs Adaptive Sliding Mode Control for a Quadrotor Helicopter,” International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 7, no. 3, pp. 419–428, 2009.
A. Chamseddine, Y. Zhang, C. A. Rabbath, C. Fulford, and J. Apkarian, “Model Reference Adaptive Fault Tolerant Control of a Quadrotor UAV,” in AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, 2011.
A. Fajardo Pia, “Comparison of Controllers for a Quadcopter Model with Implemented Path Planning Algorithm,” Master's thesis, Universitat Politècnica de València, 2022. https://riunet.upv.es/server/api/core/bitstreams/cbaa44cb-9784-4955-9fae-70d9ef0a139c/content
F. Ahmad, P. Kumar, A. Bhandari, and P. Patil, “Simulation of the Quadcopter Dynamics with LQR based Control,” Materials Today: Proceedings, vol. 5, no. 2, pp. 327-333, 2018. https://acortar.link/q4Hauk
S. Bouabdallah and R. Siegwart, “Full Control of a Quadrotor,” in 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2007, pp. 153–158.
E. Kuantama, T. Vesselenyi, S. Dzitac, and R. Tarca, “PID and Fuzzy-PID Control Model for Quadcopter Attitude with Disturbance Parameter,” International Journal of Computers Communications & Control, vol. 12, no. 6, pp. 863–878, 2017.
A. Baharuddin and M. A. M. Basri, “Self-Tuning PID Controller for Quadcopter using Fuzzy Logic,” Journal of Advanced Research in Applied Sciences and Engineering Technology, vol. 30, no. 1, pp. 165-177, 2023.
C.-W. Kong, “6-Dof Quadcoptor Simulation and Control”, https://jordan787878.github.io/firstweb/6dofQuadcopter/6dofQuad.html
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
