Loading...
| Friend's email | |
| Your name | |
| Your email | |
| enter code | |
This page was sent successfuly
Dynamic Modelling and Nonlinear Control of a Hybrid Powered Hexarotor for Precise Trajectory Tracking
Saadat, Sepehr | 2020
1436
Viewed
- Type of Document: M.Sc. Thesis
- Language: Farsi
- Document No: 53464 (45)
- University: Sharif University of Technology
- Department: Aerospace Engineering
- Advisor(s): Nobahari, Hadi
- Abstract:
- In this Thesis, an unmanned multicopter with a new structure is modeled and a nonlinear controller is designed for it to track the trajectories precisely. The multicopter in this thesis, has six propellers with a hybrid propulsion system (a combination of fuel and electric propulsion system) that has the ability to carry more payload and maintain more flight duration compared to electric multicopters. In the beginning, the performance characteristics and technical specifications of the hexacopter are presented. For modeling, first the equations of six degrees of freedom movement of the hexacopter are derived by the Newton-Euler method. In the next step, the forces and torques applied to the hexacopter, including the aerodynamic drag force and torque and the propulsive force of the propellers and the resulting torque, are investigated. The BEMT method is used to calculate the propulsive force and torque of the Propellers. To calculate the aerodynamic drag force, a simple model is chosen, in which the amount of drag force is directly related to the square of the relative velocity of hexacopter and air. Also, the fuel consumption and dynamics of the piston engine and electric motors are modeled using simple relationships. The effect of wind turbulence, turbulence due to piston engine vibrations and sensors noise on the hexacopter flight is also investigated. Then, after reviewing the common nonlinear control methods and based on the characteristics of the controlled system, the Backstepping control method is selected. After designing the controller using the Backstepping method and applying it to the system, the controller performance is evaluated in a number of scenarios and compared with the performance of the PID feedback linearization controller. The simulation results show that the Backstepping controller has a perfect performance in controlling the hybrid hexacopter and has high robustness to disturbances, noise and model uncertainties
- Keywords:
- Blade Element Momentum Theory ; Multiple Input-Multiple Output (MIMO)Controller ; Nonlinear Control ; Dynamic Modeling ; Back-Stepping Method ; Hybrid Hexarotor ; Trajectory Tracking Control
Digital Object List
-
محتواي کتاب
- view
Bookmark
- 1 مقدمه
- 2 مشخصات فنی و عملکردی شش‌پره
- 2.1 مشخصات عملکردی
- 2.2 معرفی زیرسیستم‌ها و نحوه ارتباط آن‌ها
- 2.3 مشخصات فنی زیرسیستم‌ها
- 2.3.1 مشخصات جرمی و ابعادی
- 2.3.2 مشخصات سیستم پیشران
- 2.3.3 مشخصات سیستم پیشران الکتریکی
- 2.3.4 سیستم انتقال قدرت
- 3 مدل‌سازی
- 3.1 معادلات حرکت شش‌درجه‌آزادی
- 3.1.1 معادلات دینامیک انتقالی شش‌پره
- 3.1.2 معادلات دینامیک وضعی شش‌پره
- 3.1.3 معادلات سینماتیکی زوایای اویلر
- 3.2 مدل‌سازی سیستم پیشران سوختی
- 3.2.1 مدل‌سازی عملکرد ملخ با استفاده از روش BEMT
- 3.2.2 اعتبار‌سنجی مدل عملکرد ملخ
- 3.2.2.1 ملخ Graupner 9x5
- 3.2.2.2 ملخ APCE 17x12
- 3.2.2.3 نتیجه‌گیری
- 3.2.3 مدل‌سازی موتور پیستونی
- 3.2.3.1 مصرف سوخت برحسب تراتل
- 3.2.3.2 دور موتور برحسب تراتل
- 3.2.3.3 مدل‌سازی دینامیک موتور پیستونی
- 3.2.3.4 اغتشاش ناشی از ارتعاشات موتور پیستونی
- 3.3 مدل‌سازی سیستم پیشران الکتریکی
- 3.4 مدل‌سازی اثر ژیروسکوپی ملخ‌ها
- 3.5 تبدیل نیروی پیشران و گشتاور ملخ‌ها به نیروها و گشتاورهای کلی شش‌پره
- 3.6 مدل‌سازی نیروی پسای بدنه
- 3.6.1 تخمین ضریب پسای بدنه
- 3.7 مدل‌سازی اغتشاشات جوی
- 3.8 مدل‌سازی نویز
- 3.9 صحت‌سنجی مدل
- 3.9.1 سقوط آزاد بدون درنظر گرفتن نیروی پسای بدنه
- 3.9.2 سقوط آزاد با درنظر گرفتن نیروی پسای بدنه
- 3.9.3 نیروی پیشران ملخ‌ها در حضور جریان هوا
- 3.9.4 گشتاور موتورهای الکتریکی در حالت استاتیک
- 3.9.4.1 گشتاور حول محور x بدنی
- 3.9.4.2 گشتاور حول محور y بدنی
- 3.9.4.3 گشتاور حول محور z بدنی
- 3.9.5 نتیجه‌گیری
- 3.1 معادلات حرکت شش‌درجه‌آزادی
- 4 طراحی کنترل‌کننده
- 4.1 انتخاب نوع کنترل‌کننده
- 4.1.1 روش کنترل خطی‌سازی با فیدبک
- 4.1.2 روش کنترل مود لغزشی
- 4.1.3 روش کنترل مدل‌پیش‌بین
- 4.1.4 روش کنترل گام به عقب
- 4.1.5 نتیجه‌گیری
- 4.2 معرفی روش کنترل گام به عقب
- 4.3 طراحی کنترل‌کننده گام به عقب به‌صورت پارامتری
- 4.3.1 بیان معادلات حرکت انتقالی در دستگاه اینرسی
- 4.3.2 ساده‌سازی معادلات حرکت وضعی
- 4.3.3 فرم فضای حالت معادلات حرکت
- 4.3.4 طراحی کنترل‌کننده برای متغیرهای موقعیت
- 4.3.4.1 طراحی کنترل‌کننده برای متغیر حالت (مؤلفه سوم مکان)
- 4.3.4.2 طراحی کنترل‌کننده برای متغیر حالت (مؤلفه اول مکان)
- 4.3.4.3 طراحی کنترل‌کننده برای متغیر حالت (مؤلفه دوم مکان)
- 4.3.5 محاسبه مقادیر مطلوب زوایای رول و پیچ
- 4.3.6 طراحی کنترل‌کننده برای متغیرهای وضعیت
- 4.3.6.1 طراحی کنترل‌کننده برای متغیر حالت (زاویه )
- 4.3.6.2 طراحی کنترل‌کننده برای متغیر حالت (زاویه )
- 4.3.6.3 طراحی کنترل‌کننده برای متغیر حالت (زاویه )
- 4.3.7 حسگرهای موردنیاز برای استفاده از کنترل‌کننده گام به عقب
- 4.4 تبدیل خروجی کنترل‌کننده به ورودی موتورها
- 4.5 طراحی کنترل‌کننده خطی‌سازی فیدبک PID به‌صورت پارامتری
- 4.5.1 حسگرهای موردنیاز برای استفاده از کنترل‌کننده خطی‌سازی فیدبک PID
- 4.6 طراحی فیلتر نویز
- 4.7 تعیین پارامترهای کنترل‌کننده‌های غیرخطی و خطی
- 4.1 انتخاب نوع کنترل‌کننده
- 5 نتایج شبیه‌سازی
- 5.1 معرفی سناریوهای مختلف پرواز
- 5.2 مقایسه عملکرد کنترل‌کننده گام به عقب و کنترل‌کننده خطی‌سازی فیدبک PID
- 5.2.1 نتایج سناریوی اول
- 5.2.1.1 بررسی اثر گشتاور ژیروسکوپی بر رفتار شش‌پره
- 5.2.2 نتایج سناریوی دوم
- 5.2.3 نتایج سناریوی سوم
- 5.2.4 نتایج سناریوی چهارم
- 5.2.5 نتیجه‌گیری
- 5.2.1 نتایج سناریوی اول
- 5.3 مقایسه حجم محاسبات کنترل‌کننده گام به عقب و کنترل‌کننده خطی‌سازی فیدبک PID
- 5.4 حساسیت‌سنجی عملکرد کنترل‌کننده گام به عقب در شرایط عدم وجود نویز و اغتشاش
- 5.4.1 حساسیت‌سنجی نسبت به پارامترهای کنترل‌کننده در شرایط عدم وجود نویز و اغتشاش
- 5.4.2 حساسیت‌سنجی نسبت به پارامترهای سیستم در شرایط عدم وجود نویز و اغتشاش
- 5.5 حساسیت‌سنجی عملکرد کنترل‌کننده گام به عقب در شرایط وجود نویز و اغتشاش
- 5.5.1 حساسیت‌سنجی نسبت به پارامترهای کنترل‌کننده در شرایط وجود نویز و اغتشاش
- 5.5.2 حساسیت‌سنجی نسبت به پارامترهای سیستم در شرایط وجود نویز و اغتشاش
- 6 نتيجه‌گيري
- 6.1 نوآوری‌های پایان‌نامه
- 6.2 پیشنهادها برای ادامه کار
- منابع و مراجع