دوره 14، شماره 3 - ( مجله کنترل، جلد 14، شماره 3، پاییز 1399 )
جلد 14 شماره 3,1399 صفحات 74-63 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Eskandarpour A, Dehghan S M, Karimi J. Designing a predictive guidance and control system for maneuverable ground moving target tracking in 3D space using a Hexarotor. JoC 2020; 14 (3) :63-74
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-625-fa.html
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-625-fa.html
اسکندرپور ابوالفضل، دهقان سید محمد مهدی، کریمی جلال. طراحی سیستم هدایت و کنترل پیش‌بین مدل برای ردیابی اهداف زمینی مانورپذیر و فریبنده توسط یک هگزاروتور در فضای سه بعدی. مجله کنترل. 1399; 14 (3) :63-74
1- دانشگاه تربیت مدرس
2- مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران
3- مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران
2- مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران
3- مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران
چکیده: (9289 مشاهده)
در این مقاله تداوم ردیابی اهداف زمینی متحرک توسط هگزاروتور در شرایط وجود تغییر جهت های ناگهانی و حرکات فریبنده هدف، خروج از دید موقت و همچنین تغییرات ارتفاع آن مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور یک سیستم هدایت و کنترل پیش‌بین مدل سلسه مراتبی برای ردیابی هدف در محیط دارای اغتشاشات ناشناخته و ناهموار بکار گرفته شده است. در حلقه درونی این سیستم، کنترل‌کننده پیش بین مقیدی برای دفع اغتشاشات محیطی و همچنین تضمین پایداری در ردیابی هدف زمینی سریع با لحاظ محدودیت های دینامیکی هگزاروتور بکار گرفته شده است. حلقه بیرونی با استفاده از امکان تغییر ارتفاع پرنده، ردیابی هدف متحرک زمینی را با لحاظ امکان تغییر جهت های ناگهانی و خروج از دید موقت برعهده دارد. همچنین کنترل‌کننده تلاش کنترلی را در شرایطی که هدف با حرکات فریبنده سعی در کاهش سطح انرژی هگزاروتور و کاهش مداومت پروازی آن دارد، کمینه می نماید. برای اطمینان از عملکرد سیستم پیشنهادی به کمک تعریف یک تابع هزینه پایانه‌ای، پایداری حلقه بسته سیستم تضمین شده است. نتایج شبیه سازی و اثبات پایداری نشان‌دهنده توانایی بالا و بهینه کنترل کننده پیشنهادی در ردیابی هدف زمینی متحرک مانورپذیر بر روی یک سطح ناهموار و در حضور اغتشاشات محیطی است.
واژه‌های کلیدی: ردیابی هدف زمینی متحرک، کنترل پیش‌بین مدل سلسله مراتبی، هگزاروتور، دفع اغتشاش، پایداری حلقه بسته سیستم.
نوع مطالعه: پژوهشي |
موضوع مقاله:
تخصصي
دریافت: 1397/7/30 | پذیرش: 1397/10/17 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1398/5/24 | انتشار: 1399/9/22
دریافت: 1397/7/30 | پذیرش: 1397/10/17 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1398/5/24 | انتشار: 1399/9/22
فهرست منابع
1. J. E. Gomez-Balderas, G. Flores, L. R. G. Carrillo, and R. Lozano, "Tracking a Ground Moving Target with a Quadrotor Using Switching Control," J. Intell. Robot. Syst., vol. 70, no. 1-4, pp. 65-78, Apr. 2013. [DOI:10.1007/s10846-012-9747-9]
2. S. Bertrand, N. Guénard, T. Hamel, H. Piet-Lahanier, and L. Eck, "A hierarchical controller for miniature VTOL UAVs: Design and stability analysis using singular perturbation theory," Control Eng. Pract., vol. 19, no. 10, pp. 1099-1108, Oct. 2011. [DOI:10.1016/j.conengprac.2011.05.008]
3. H. Liu, Y. Bai, G. Lu, Z. Shi, and Y. Zhong, "Robust Tracking Control of a Quadrotor Helicopter," J. Intell. Robot. Syst., vol. 75, no. 3-4, pp. 595-608, Sep. 2014. [DOI:10.1007/s10846-013-9838-2]
4. D. Zhang, H. Qi, X. Wu, Y. Xie, and J. Xu, "The Quadrotor Dynamic Modeling and Indoor Target Tracking Control Method," Mathematical Problems in Engineering, 2014. [DOI:10.1155/2014/637034]
5. P. Castillo, A. Dzul, and R. Lozano, "Real-time stabilization and tracking of a four-rotor mini rotorcraft," IEEE Trans. Control Syst. Technol., vol. 12, no. 4, pp. 510-516, Jul. 2004. [DOI:10.1109/TCST.2004.825052]
6. C. K. Tan, J. Wang, Y. C. Paw, and T. Y. Ng, "Tracking of a moving ground target by a quadrotor using a backstepping approach based on a full state cascaded dynamics," Appl. Soft Comput., vol. 47, pp. 47-62, Oct. 2016. [DOI:10.1016/j.asoc.2016.04.007]
7. T. Madani and A. Benallegue, "Backstepping Sliding Mode Control Applied to a Miniature Quadrotor Flying Robot," in IECON 2006 - 32nd Annual Conference on IEEE Industrial Electronics, 2006, pp. 700-705. [DOI:10.1109/IECON.2006.347236]
8. T. Madani and A. Benallegue, "Control of a Quadrotor Mini-Helicopter via Full State Backstepping Technique," in Proceedings of the 45th IEEE Conference on Decision and Control, 2006, pp. 1515-1520. [DOI:10.1109/CDC.2006.377548]
9. S.-O. Lee, Y.-J. Cho, M. Hwang-Bo, B.-J. You, and S.-R. Oh, "A stable target-tracking control for unicycle mobile robots," in Proceedings. 2000 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2000) (Cat. No.00CH37113), 2000, vol. 3, pp. 1822-1827 vol.3.
10. D. R. Nelson, D. B. Barber, T. W. McLain, and R. W. Beard, "Vector Field Path Following for Miniature Air Vehicles," IEEE Trans. Robot., vol. 23, no. 3, pp. 519-529, Jun. 2007. [DOI:10.1109/TRO.2007.898976]
11. K. Hausman, J. Müller, A. Hariharan, N. Ayanian, and G. S. Sukhatme, "Cooperative multi-robot control for target tracking with onboard sensing," Int. J. Robot. Res., vol. 34, no. 13, pp. 1660-1677, Nov. 2015. [DOI:10.1177/0278364915602321]
12. P. Yao, H. Wang, and Z. Su, "Cooperative path planning with applications to target tracking and obstacle avoidance for multi-UAVs," Aerosp. Sci. Technol., vol. 54, pp. 10-22, Jul. 2016. [DOI:10.1016/j.ast.2016.04.002]
13. S. S. Baek, H. Kwon, J. A. Yoder, and D. Pack, "Optimal path planning of a target-following fixed-wing UAV using sequential decision processes," in 2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2013, pp. 2955-2962. [DOI:10.1109/IROS.2013.6696775]
14. C. Prévost, O. Thériault, A. Desbiens, É. Poulin, and E. Gagnon, "Receding Horizon Model-Based Predictive Control for Dynamic Target Tracking: a Comparative Study," in AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics.
15. J. Chen, T. Liu, and S. Shen, "Tracking a moving target in cluttered environments using a quadrotor," in 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2016, pp. 446-453. [DOI:10.1109/IROS.2016.7759092]
16. T. Templeton, D. H. Shim, C. Geyer, and S. S. Sastry, "Autonomous Vision-based Landing and Terrain Mapping Using an MPC-controlled Unmanned Rotorcraft," in Proceedings 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2007, pp. 1349-1356. [DOI:10.1109/ROBOT.2007.363172]
17. G. V. Raffo, M. G. Ortega, and F. R. Rubio, "An integral predictive/nonlinear control structure for a quadrotor helicopter," Automatica, vol. 46, no. 1, pp. 29-39, Jan. 2010.
18. K. Alexis, G. Nikolakopoulos, and A. Tzes, "Model predictive quadrotor control: attitude, altitude and position experimental studies," IET Control Theory Amp Appl., vol. 6, no. 12, pp. 1812-1827, Aug. 2012. [DOI:10.1049/iet-cta.2011.0348]
19. P. Yao, H. Wang, and H. Ji, "Multi-UAVs tracking target in urban environment by model predictive control and Improved Grey Wolf Optimizer," Aerospace Science and Technology, vol. 55, pp. 131-143, Aug. 2016. [DOI:10.1016/j.ast.2016.05.016]
20. P. Yao, H. Wang, and Z. Su, "Cooperative path planning with applications to target tracking and obstacle avoidance for multi-UAVs," Aerospace Science and Technology, vol. 54, pp. 10-22, Jul. 2016. [DOI:10.1016/j.ast.2016.04.002]
21. J. Wu et al., "Distributed trajectory optimization for multiple solar-powered UAVs target tracking in urban environment by Adaptive Grasshopper Optimization Algorithm," Aerospace Science and Technology, vol. 70, pp. 497-510, Nov. 2017. [DOI:10.1016/j.ast.2017.08.037]
22. P. Yao, H. Wang, and Z. Su, "Real-time path planning of unmanned aerial vehicle for target tracking and obstacle avoidance in complex dynamic environment," Aerospace Science and Technology, vol. 47, pp. 269-279, Dec. 2015. [DOI:10.1016/j.ast.2015.09.037]
23. M. Moussid, A. Sayouti, and H. Medromi, "Dynamic Modeling and Control of a HexaRotor using Linear and Nonlinear Methods," Int. J. Appl. Inf. Syst., vol. 9, no. 5, pp. 9-17, Aug. 2015. [DOI:10.5120/ijais2015451411]
24. H. Liu, D. Derawi, J. Kim, and Y. Zhong, "Robust optimal attitude control of hexarotor robotic vehicles," Nonlinear Dyn., vol. 74, no. 4, pp. 1155-1168, Dec. 2013. [DOI:10.1007/s11071-013-1031-4]
25. "Discrete-time MPC With Prescribed Degree of Stability," in Model Predictive Control System Design and Implementation Using MATLAB®, Springer, London, 2009, pp. 149-192.
26. E. F. Camacho and C. B. Alba, Model Predictive Control. London ; New York: Springer, 2nd edition ed., May 2007. [DOI:10.1007/978-0-85729-398-5_7]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
