Wind Gusts Disturbance Rejection for a Quadrotor with Tilted Rotors. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Abdulrahman Aliyu Thesis)
Abdulrahman_Aliyu_g201306010_eprints.pdf - Accepted Version Download (1MB) | Preview |
Arabic Abstract
السيارات التقليدية رباعية الدوار بدون طيار لديها عدد كبير من التطبيقات لأغراض مدنية وعسكرية. رباعية الدوارات كما يوحي الاسم وعادة ما يكون أربعة متغيرات المدخلات (الدوارات الثابتة) التي تستخدم لدفع ستة مخرجات (أي 3 متعدية و 3 حركات الدوران)، وهذا يؤدي إلى اقتران بين الاقتراحات. إمالة الدوار رباعية الدوارات هي أكثر تنوعا لأن لديهم المزيد من المتغيرات إدخال للتحكم بشكل مستقل التوجه والموقف دون اقتران. يتكون هذا العمل إلى ثلاثة أجزاء رئيسية. وقد قدمت لأول مرة إمالة الدوار النمذجة رباعية الدوار مناسبة. ثانيا، وتناقش مختلف تقنيات النمذجة الرياح. ثالثا، تم تطبيق طرق المكافحة المختلفة وهي طريقة المتحكم المتسلسل ومركزية العودة يخطو أسلوب التحكم. في أسلوب التحكم تتالي، وتستخدم الدوار يميل مدخلات إضافية واستخدامها بنجاح للتخفيف من أثر اضطراب عاصفة الرياح. تتكون السيطرة سلسلة من حلقات متداخلة متعددة واستخدم إمالة الدوار محور التوجه رباعية الدوار للتنقل والرياح اضطراب الرفض في حين تم استخدام سرعة الدوار لتوليد قوة الدفع. قمنا بتقييم أداء رباعية الدوار مع الدوار يميل تحت هبوب الرياح ومقارنة أدائها مع التقليدية رباعية الدوار. يتم استخدام نهج السيطرة التراجع لا مركزية لتوليد مجموعة جديدة من مدخلات قادرة على بشكل مستقل وفي نفس الوقت تحقيق فصل الاقتراحات في حين رفض اضطرابات الرياح. واللامركزية الميل الدوار رباعية الدوار ديناميكية أول من تحقيق ستة الأنظمة الفرعية. يتم إنشاؤها المدخلات تحكم عن كل نظام فرعي عبر يابونوف أساس طريقة التراجع. بعد ذلك، يتم استخدام التفاضلية تطور (DE) خوارزمية لتقدير المعلمات وحدة تحكم. نتائج المحاكاة من كل طرق المكافحة يدل على أن اللامركزية تحكم، خطوة إلى الوراء وضعت المعارض القدرة متانة أفضل ضد اضطراب الرياح.
English Abstract
Conventional unmanned quadrotor aerial vehicles have a plethora of applications for civilian and military purposes. Quadrotors as the name implies usually have four input variables (fixed rotors) which are used to drive six outputs (i.e. 3 translational and 3 rotational motions), and this leads to coupling between motions. Tilt- rotor quadrotors are more versatile because they have more input variables to independently control its orientation and position without coupling. This work is constituted into three major parts; a suitable tiltrotor quadrotor modeling was first presented. Secondly, different wind modeling techniques are discussed. Thirdly, different control methods were applied namely, cascade control method and decentralized backstepping control method. In cascade control method, additional rotor tilting inputs are utilized and successfully used to mitigate the effect of wind gust disturbance. Cascade control consists of multiple nested loops and the tiltrotor quadrotor orientation axis was used for mobility and wind disturbance rejection while the rotor speed was used to generate thrust. We evaluated the performance of quadrotor with tilted rotor under wind gusts and compared its performance with conventional quadrotor. The decentralized backstepping control approach is used to generate a new set of inputs capable of independently and simultaneously achieve decoupling of motions while rejecting wind disturbances. The tiltrotor quadrotor dynamic is first decentralized to achieve six subsystems. Controller inputs for each subsystem are generated via Lyapunov based backstepping method. Thereafter, a Differential Evolution (DE) algorithm is used to estimate the controller parameters. Simulation results from both control methods shows that the developed decentralized backstepping controller exhibits better robustness capability against wind disturbance.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Systems |
| Department: | College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering |
| Committee Advisor: | Elshafei, Elshafei |
| Committee Members: | Mahmoud, S. Magdi and AbdulWahid, Al-Saif and Mysorewala, Muhammad F. and Vaqar, Sayyid A. |
| Depositing User: | ABDULRAHMA ALIYU (g201306010) |
| Date Deposited: | 24 May 2016 05:10 |
| Last Modified: | 01 Nov 2019 16:34 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139978 |