LQR FORMATION CONTROL WITH COLLISION AVOIDANCE OF MULTIPLE QUADROTORS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (LQR FORMATION CONTROL WITH COLLISION AVOIDANCE OF MULTIPLE QUADROTORS) thesis_najib_alabsari_201105410.pdf - Published Version Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

تتناول هذه الاطروحة دراسة التحكم بتشكيل مجموعة من الطائرات بدون طيارباستخدام طريقتين من طرق استراتيجية القائد و التابع. تم معالجة استقرارية الطائرات باستخدام تقنية المنظم التربيعي الخطي. حيث ان النموذج الرياضي للطائرة غير خطي فقد تم الحصول على الصورة الخطية للنموذج حول نقطة التحليق كنقطة تشغيل ثم اجريت مقارنة بين الاستجابة الزمنية للصورتين الخطية والغير خطية للنموذج ظهر من خلالها ان النموذج الخطي يمثل تقريب مقبول للنموذج الغير خطي في مدى محدد حول نقطة التشغيل. بعد ذلك تم تصميم متحكم تنظيم تربيعي خطي لاجل استقرارية النموذج الخطي. استراتيجية القائد والتابع استخدمت للسيطرة على تشكيل الطائرات حيث تم استخدام موقع واتجاه القائد مع ازاحة كمرجع يتم تعقبة من قبل الاتباع. لتكوين شكل ما يتم اعداد الازاحات بحيث تحقق مواصفات الشكل المطلوب. طريقتين من طرق التشكيل تم استخدامهما لانجاز تحليق بشكل محدد مسبقا. الطريقة الاولى تمت باستخدام تقنية المجال الكامن حيث يقوم المجال الكامن الجاذب بجذب الاتباع باتجاه القائد بينما يقوم المحال الكامن الصاد بصد كل تابعين متجاورين للحفاظ على مسافة محددة بينهما. في الطريقة الثانية تم الحصول على المواقع التي على الاتباع تعقبها لتحقق التشيكل المطلوب من خلال الشكل الهندسي لهذا التشكيل. هذه المواقع تم التعبير عنها في معادلات تربطها مع موقع القائد ثم استخدمت كمراجع ليتم تعقبها من قبل الاتباع. قدمنا عمليات محاكاة كثيرة لاختبار صحة النتائج.

English Abstract

In this thesis, two leader-follower formation control methods are proposed for a group of quadrotors that are stabilized by using the linear quadratic regulator (LQR) control technique. The quadrotor nonlinear model is first linearized at the hovering operating point. Comparison between the time response of the nonlinear model and the obtained linear one shows a good estimation with a certain range around the operating point. Then an LQR controller is designed to stabilize the linear model.Comparison the closed loop of both the linear and nonlinear models is presented. The leader-follower approach is used to achieve formation control where the position and the heading of the leader are used with offsets as references to be tracked by the follower. To obtain shape formation, the offsets are set to achieve the shape specifications. Two shape formation methods are used to achieve a prescribed formation flight. In the first method, the potential field technique is used to achieve a desired formation. The attractive potential field attracts the followers towards the leader while the repulsive potential field repulses each two neighboring followers in order to keep a distance between them. In the second method, the followers positions that achieve the required formation are obtained from the geometry of the desired formation shape. These followers positions are expressed in equations that relate them to the leader position and then given to the followers as references to be followed. An extensive simulation is presented to examine the validity of the results. In all simulations, a real quadrotor simulation is used as a leader which is given a desired path as a set reference while the followers are required to form a prescribed shape around that leader.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Systems
Department:	College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Committee Advisor:	Al-Saif, AbdulWahid A.
Committee Members:	Elshafei, Moustafa and El Ferik, Sami
Depositing User:	AL-ABSARI NAJIB MOHAMMED HASAN (g201105410)
Date Deposited:	30 Aug 2016 10:10
Last Modified:	01 Nov 2019 16:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140077