پایدارسازی مقاوم در زمان تعیین‌شده ارتفاع و وضعیت کوادروتور با بازخورد تأخیری دوره‌ای و بهره کران‌دار در حضور اشباع عملگر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده
مقدمه: در بسیاری از مأموریت‌های پرنده‌های بدون سرنشین، صفر شدن خطا در لحظه‌ای از پیش تعیین‌شده یک الزام عملیاتی است. روش‌های متعارف کنترل در زمان تعیین‌شده بر بهره‌هایی استوارند که در لحظه نشست واگرا می‌شوند و به اشباع عملگر، تقویت نویز و ضرورت قطع قانون کنترل می‌انجامند.

روش: در این پژوهش طرحی مقاوم بر پایه بازخورد تأخیری دوره‌ای با بهره کران‌دار برای پایدارسازی ارتفاع و وضعیت کوادروتور ارائه می‌شود. چون هر چهار کانال ساختار بازخورد اکید مرتبه دوم دارند، قانون کنترل با پس‌گام در دو گام و با تأخیر یک‌چهارم زمان تعیین‌شده طراحی می‌گردد. افزون بر تحقق پایداری، کران‌داری سیگنال‌ها، شرط مخروط وضعیت و گسترش به جرم و ممان اینرسی نامعلوم اثبات می‌شود.

یافته‌ها: زمان نشست چهار کانال میان ۲٫۹۴۲۷ و ۲٫۹۶۴۴ ثانیه برای زمان تعیین‌شده سه ثانیه است و بیشینه بهره ۱٫۷۳۱ می‌ماند. در ۵۰۰ اجرای مونت‌کارلو ۹۷٫۸ درصد اجراها زمان تعیین‌شده را برآورده می‌کنند و صدک ۹۵ خطای پس از آن ۲٫۰۷ میلی‌متر است. بررسی اشباع، نمونه‌برداری و تأخیر ورودی نشان می‌دهد تحقق دقیق به همگرایی عملی درون نواری فرو می‌کاهد که با دوره نمونه‌برداری و اندازه تأخیر رابطه‌ای خطی دارد.

نتیجه‌گیری: کوچک‌ترین زمان تعیین‌شده تحقق‌پذیر از کران نیروی پیشران پرنده می‌آید و نه از کنترل‌کننده، و حدود ۲٫۱۴ ثانیه است. حافظه و بار محاسباتی طرح، پیاده‌سازی روی ریزپردازنده‌های پروازی متعارف را ممکن می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Robust Predefined-Time Stabilization of Quadrotor Altitude and Attitude by Bounded Periodic Delayed Feedback under Actuator Saturation

نویسنده English

Ali Hosseini Lagha
Department of Electrical and Computer Engineering, Faculty of Electrical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

Introduction: In many unmanned aerial missions, driving the tracking error to zero by an instant fixed in advance is an operational requirement rather than a convenience: the vehicle must be stabilised before it reaches a moving landing platform or leaves a hazard zone. Asymptotic control offers no such guarantee, and conventional predefined-time designs rely on time-varying gains that diverge as the settling instant is approached, which causes actuator saturation, amplification of measurement noise near the end of the interval, and the need to truncate or replace the control law at that instant.

Methods: This work presents a robust control scheme based on bounded periodic delayed feedback that stabilises quadrotor altitude and attitude simultaneously. Because all four controlled subsystems are second-order strict-feedback chains, the law is designed in two backstepping steps with a delay equal to one quarter of the predefined time, and four explicit control laws are obtained. The gain remains bounded throughout, switches itself off at the predefined instant, and requires no external switching. Beyond convergence, boundedness of all closed-loop signals, a pre-flight verifiable attitude-cone condition, an extension to unknown mass and unknown moments of inertia, and a bound on the residual band under sampling and input delay are proved

کلیدواژه‌ها English

Predefined-Time Stabilization
Periodic Delayed Feedback
Backstepping
Quadrotor UAV
Actuator Saturation
Unknown Mass and Inertia

  • تاریخ دریافت 28 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 04 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 25 شهریور 1405