Article Dans Une Revue Scientific Research and Essays (SRE) Année : 2010

تصميم جهاز التحكم PID لطائرة بدون طيار رباعية المحركات.

Entwurf eines Flug-PID-Reglers für einen UAV-Quadrotor.

Flight PID controller design for a UAV quadrotor.

Diseño de controlador PID de vuelo para un cuadrotor de UAV.

طراحی کنترلر PID پرواز برای کوادروتور پهپاد.

Conception d'un contrôleur de vol PID pour un quadrirotor de drone.

Проект ПИД-регулятора полета для квадрокоптера БПЛА.

Résumé

تتعمق هذه الورقة في تعقيدات النمذجة للمركبة الجوية بدون طيار ذات الإقلاع والهبوط العمودي بأربعة مراوح (VTOL)، والمعروفة باسم الطائرة ذات المروحيات الرباعية. إنه يقدم نهجًا مبتكرًا لتصميم نموذج جديد للتحكم المستقل في الطيران لهذا المحرك الرباعي، مع توضيح الإطار المعماري لوحدة التحكم. إن وصف النموذج الديناميكي للطائرة رباعية الدوار - وهي في الأساس طائرة ذات محرك ناقص تتميز بأربعة دوارات ذات زاوية ميل ثابتة - يشكل تحديًا كبيرًا بسبب هيكلها المعقد. الهدف الأساسي هو إنشاء نموذج واقعي للغاية، وهو أساس حاسم لابتكار وحدة تحكم مستقرة ودقيقة للطائرة. توضح هذه الورقة تطوير طريقة التحكم PID (التناسبي-التكاملي-المشتق) الحاسمة لضمان الاستقرار أثناء رحلة المروحية الرباعية. يفصل النموذج بشكل معقد أربع قوى مدخلة، تتوافق مع الدفع الناتج عن كل مروحة مرتبطة بالدوارات ذات الزاوية الثابتة. تعتمد حركة الطائرة للأمام أو للخلف على ضبط سرعة الدوار الأمامي أو الخلفي، على التوالي، مع تغيير زاوية الميل في نفس الوقت. وبالمثل، يتم تحقيق الحركة الجانبية (يسارًا أو يمينًا) عن طريق تعديل زاوية الالتفاف بطريقة مماثلة. يلعب تنسيق حركات الدوار أيضًا دورًا محوريًا في التحكم في انحراف الدوار الرباعي. تدور المحركات الأمامية والخلفية عكس اتجاه عقارب الساعة، بينما تتحرك المحركات الأخرى في اتجاه عقارب الساعة. يسهل التعامل مع هذه الدورات تنفيذ أوامر الانعراج عن طريق ضبط سرعات المحركات وفقًا لذلك.

Dieser Artikel befasst sich mit den Modellierungsfeinheiten eines unbemannten vertikal startenden und landenden Vierrotor-Luftfahrzeugs (VTOL), das allgemein als Quad-Rotor-Flugzeug bekannt ist. Es stellt einen innovativen Ansatz zum Entwurf eines neuen Modells für die autonome Flugsteuerung dieses Quad-Rotors vor und geht dabei auf das Architekturgerüst des Controllers ein. Die Beschreibung des dynamischen Modells des Quad-Rotors – im Wesentlichen eines unterbetätigten Flugzeugs mit vier Rotoren mit festem Anstellwinkel – stellt aufgrund seiner komplizierten Struktur eine erhebliche Herausforderung dar. Das Hauptziel besteht darin, ein äußerst realistisches Modell zu erstellen, eine entscheidende Grundlage für die Entwicklung einer stabilen und präzisen Steuerung für das Flugzeug. In diesem Artikel wird die Entwicklung einer PID-Steuerungsmethode (Proportional-Integral-Derivativ) beschrieben, die für die Gewährleistung der Stabilität während des Flugs des Quad-Rotors von entscheidender Bedeutung ist. Das Modell beschreibt detailliert vier Eingangskräfte, die dem Schub entsprechen, der von jedem Propeller erzeugt wird, der mit den Festwinkelrotoren verbunden ist. Die Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Flugzeugs beruht auf der Anpassung der Geschwindigkeit des vorderen bzw. hinteren Rotors bei gleichzeitiger Änderung des Nickwinkels. In ähnlicher Weise wird eine seitliche Bewegung (nach links oder rechts) durch Modulation des Rollwinkels auf ähnliche Weise erreicht. Auch bei der Giersteuerung des Quad-Rotors spielt die Koordination der Rotorbewegungen eine entscheidende Rolle. Die vorderen und hinteren Motoren drehen sich gegen den Uhrzeigersinn, während sich die anderen im Uhrzeigersinn bewegen. Die Manipulation dieser Drehungen erleichtert die Ausführung von Gierbefehlen, indem die Drehzahlen der Motoren entsprechend angepasst werden.

This paper delves into the modeling intricacies of a four-rotor vertical take-off and landing (VTOL) unmanned air vehicle, commonly known as a quad-rotor aircraft. It introduces an innovative approach to designing a new model for autonomous flight control of this quad-rotor, elaborating on the controller's architectural framework. Describing the dynamic model of the quad-rotor—essentially an under-actuated aircraft featuring four fixed pitch angle rotors—poses a considerable challenge due to its intricate structure. The primary objective is to create a highly realistic model, a critical foundation for devising a stable and precise controller for the aircraft. This paper outlines the development of a PID (proportional-integral-derivative) control method crucial for ensuring stability during the quad-rotor's flight. The model intricately details four input forces, corresponding to the thrust generated by each propeller linked to the fixed-angle rotors. The aircraft's forward or backward motion relies on adjusting the speed of the front or rear rotor, respectively, while simultaneously altering the pitch angle. Similarly, lateral motion (left or right) is achieved by modulating the roll angle in a similar manner. The coordination of rotor movements also plays a pivotal role in the quad-rotor's yaw control. The front and rear motors rotate counter-clockwise, while the others move in a clockwise direction. Manipulating these rotations facilitates the execution of yaw commands by adjusting the speeds of the motors accordingly.

Este artículo profundiza en las complejidades del modelado de un vehículo aéreo no tripulado de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) de cuatro rotores, comúnmente conocido como avión de cuatro rotores. Introduce un enfoque innovador para diseñar un nuevo modelo para el control de vuelo autónomo de este quad-rotor, profundizando en el marco arquitectónico del controlador. Describir el modelo dinámico del quad-rotor, esencialmente un avión poco accionado con cuatro rotores de ángulo de paso fijo, plantea un desafío considerable debido a su intrincada estructura. El objetivo principal es crear un modelo muy realista, una base fundamental para diseñar un controlador estable y preciso para la aeronave. Este artículo describe el desarrollo de un método de control PID (proporcional-integral-derivado) crucial para garantizar la estabilidad durante el vuelo del quad-rotor. El modelo detalla detalladamente cuatro fuerzas de entrada, correspondientes al empuje generado por cada hélice vinculada a los rotores de ángulo fijo. El movimiento hacia adelante o hacia atrás de la aeronave se basa en ajustar la velocidad del rotor delantero o trasero, respectivamente, al mismo tiempo que se modifica el ángulo de cabeceo. De manera similar, el movimiento lateral (izquierda o derecha) se logra modulando el ángulo de balanceo de manera similar. La coordinación de los movimientos del rotor también juega un papel fundamental en el control de guiñada del cuatro rotor. Los motores delantero y trasero giran en el sentido contrario a las agujas del reloj, mientras que los demás se mueven en el sentido de las agujas del reloj. La manipulación de estas rotaciones facilita la ejecución de los comandos de guiñada ajustando las velocidades de los motores en consecuencia.

این مقاله به پیچیدگی‌های مدل‌سازی یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین با چهار روتور عمودی برخاستن و فرود (VTOL) که معمولاً به عنوان یک هواپیمای چهار روتور شناخته می‌شود، می‌پردازد. این یک رویکرد نوآورانه برای طراحی یک مدل جدید برای کنترل پرواز مستقل از این چهار روتور معرفی می‌کند که چارچوب معماری کنترلر را توضیح می‌دهد. توصیف مدل دینامیکی چهار روتور - که اساساً یک هواپیمای کم تحرک دارای چهار روتور با زاویه شیب ثابت است - به دلیل ساختار پیچیده آن چالش قابل توجهی را ایجاد می کند. هدف اصلی ایجاد یک مدل بسیار واقع گرایانه، پایه ای حیاتی برای ابداع یک کنترلر پایدار و دقیق برای هواپیما است. این مقاله توسعه یک روش کنترل PID (متناسب-انتگرال-مشتق) را که برای اطمینان از پایداری در طول پرواز کوادروتور ضروری است، تشریح می‌کند. مدل به طور پیچیده چهار نیروی ورودی، مربوط به رانش ایجاد شده توسط هر پروانه متصل به روتورهای با زاویه ثابت را شرح می دهد. حرکت رو به جلو یا عقب هواپیما به ترتیب به تنظیم سرعت روتور جلو یا عقب متکی است، در حالی که به طور همزمان زاویه گام را تغییر می دهد. به طور مشابه، حرکت جانبی (چپ یا راست) با تعدیل زاویه رول به روشی مشابه به دست می آید. هماهنگی حرکات روتور نیز نقش محوری در کنترل انحراف کوادروتور ایفا می کند. موتورهای جلو و عقب در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند، در حالی که بقیه در جهت عقربه های ساعت حرکت می کنند. دستکاری این چرخش ها با تنظیم سرعت موتورها بر اساس آن، اجرای دستورات انحراف را تسهیل می کند.

Cet article se penche sur les subtilités de la modélisation d'un véhicule aérien sans pilote à quatre rotors à décollage et atterrissage verticaux (VTOL), communément appelé avion à quatre rotors. Il introduit une approche innovante pour concevoir un nouveau modèle de contrôle de vol autonome de ce quadrirotor, en développant le cadre architectural du contrôleur. Décrire le modèle dynamique du quadrirotor – essentiellement un avion sous-actionné doté de quatre rotors à angle de pas fixe – pose un défi considérable en raison de sa structure complexe. L'objectif principal est de créer un modèle très réaliste, base essentielle pour concevoir un contrôleur stable et précis pour l'avion. Cet article décrit le développement d'une méthode de contrôle PID (proportionnelle-intégrale-dérivée) cruciale pour assurer la stabilité pendant le vol du quadrirotor. Le modèle détaille de manière complexe quatre forces d'entrée, correspondant à la poussée générée par chaque hélice liée aux rotors à angle fixe. Le mouvement vers l'avant ou vers l'arrière de l'avion repose respectivement sur l'ajustement de la vitesse du rotor avant ou arrière, tout en modifiant simultanément l'angle de tangage. De même, le mouvement latéral (gauche ou droite) est obtenu en modulant l'angle de roulis de la même manière. La coordination des mouvements du rotor joue également un rôle central dans le contrôle du lacet du quadrirotor. Les moteurs avant et arrière tournent dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, tandis que les autres tournent dans le sens des aiguilles d’une montre. La manipulation de ces rotations facilite l'exécution des commandes de lacet en ajustant les vitesses des moteurs en conséquence.

В данной статье рассматриваются тонкости моделирования четырехвинтового беспилотного летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой (СВВП), широко известного как четырехвинтовой самолет. Он представляет инновационный подход к разработке новой модели автономного управления полетом этого квадрокоптера, развивая архитектурную структуру контроллера. Описание динамической модели четырехвинтового самолета - по сути, самолета с недостаточным приводом и четырьмя винтами с фиксированным углом наклона - представляет собой серьезную проблему из-за его сложной конструкции. Основная цель — создать высокореалистичную модель, важнейшую основу для разработки стабильного и точного контроллера самолета. В этой статье описывается разработка метода ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-производной), который имеет решающее значение для обеспечения устойчивости во время полета четырехвинтового двигателя. Модель детально детализирует четыре входные силы, соответствующие тяге, создаваемой каждым пропеллером, соединенным с роторами с фиксированным углом. Движение самолета вперед или назад зависит от регулировки скорости переднего или заднего винта соответственно с одновременным изменением угла тангажа. Аналогично, боковое движение (влево или вправо) достигается аналогичным образом путем модуляции угла крена. Координация движений ротора также играет ключевую роль в управлении квадрокоптером по рысканью. Передний и задний двигатели вращаются против часовой стрелки, а остальные — по часовой стрелке. Управление этими вращениями облегчает выполнение команд рыскания за счет соответствующей регулировки скорости двигателей.

Fichier non déposé

Dates et versions

hal-04348986 , version 1 (17-12-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04348986 , version 1

Citer

Salih, Atheer, Mahmoud Moghavvemi, Haider A.F. Mohamed. Flight PID controller design for a UAV quadrotor.. Scientific Research and Essays (SRE), 2010, 5 (23), pp.3660 - 3667. ⟨hal-04348986⟩
2234 Consultations
0 Téléchargements

Partager

  • More