Optimal controller design for a birotor helicopter

• Autorzy: Nekrouf Sadek , Chekroun Soufyane

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.11.16

Warianty tytułu

Optymalna konstrukcja kontrolera dla dwuwirnikowego helikoptera

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Robust control problem for a two degree of freedom (2-DOF) lab helicopter is investigated. The helicopter dynamics involves nonlinearity, uncertainties, and coupling. A new high performance bounded (HPB) linear quadratic regulator control law has been presented that extends classical LQR by providing faster settling times, eigenstructure to optimize its performance, and has much quicker computation times than classical LQR. The robust compensator is designed to restrain the effects of uncertainties, nonlinear properties, and disturbances. The simulation results on the 2-DOF lab helicopter demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy.

PL

Zbadano problem solidnego sterowania helikopterem laboratoryjnym o dwóch stopniach swobody (2-DOF). Dynamika helikoptera obejmuje nieliniowość, niepewności i sprzężenie. Przedstawiono nowe prawo sterowania liniowym regulatorem kwadratowym o wysokiej wydajności (HPB), które rozszerza klasyczną LQR, zapewniając szybsze czasy ustalania, strukturę własną w celu optymalizacji jego działania i ma znacznie szybsze czasy obliczeń niż klasyczne LQR. Wytrzymały kompensator jest przeznaczony do ograniczania skutków niepewności, właściwości nieliniowych i zakłóceń. Wyniki symulacji na śmigłowcu laboratoryjnym 2-DOF pokazują skuteczność proponowanej strategii kontroli.

Słowa kluczowe

EN

optimal control; robust LQR control; MIMO system; 2-DOF lab helicopter; helicopter

PL

helikopter; sterownik; system MIMO

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 11
• Strony: 93--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Nekrouf Sadek

• Department of Electrical Engineering, University Mustapha Stambouli of Mascara. BP.305, Route El Mamounia, 29000 Mascara Algeria

• https://orcid.org/0000-0001-9637-5330

autor

Chekroun Soufyane

• Department of Electrical Engineering, University Mustapha Stambouli of Mascara. BP.305, Route El Mamounia, 29000 Mascara Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-7394-5879

Bibliografia

• [1] P. Apkarian, C.Champetier and J.F.Magni. Design of a helicopter output feedback control law using modal and structured-robustness techniques. Int. J. Control, 1989, Vol.50, No.4, 1195-1215.
• [2] Mammar S. Robust multivariable control by the LQG/LTR and H∞ Application to a helicopter. Thesis. University of Southern Paris centers of Orsay 1990.
• [3] McLean D and H Matsuda. Helicopter station keeping: comparing LQR, fuzzy-logic and neural net controllers. Engineering Application of Artificial Intelligence 11(1998) 411- 418.
• [4] Edgar N. Sanchez a, Hector M. Becerra a,, Carlos M. Velez: Combining fuzzy, PID and regulation control for an autonomous mini-helicopter, Information Sciences 177 (2007) 1999–2022
• [5] Postlethwaite I, E.Prempain, E.Turkoglu, M.C. Turner, K Ellis and A.W. Gubbels: Design and flight of various H∞ controllers for the Bell 205 helicopter Control Engineering practice. Vol 13, No 3(2005) 383-398.
• [6] Jih-Gau Juang , Ren-Wei Lin, Wen-Kai Li: Comparison of classical control and intelligent control for a MIMO system Applied Mathematics and Computation 205 (2008)
• [7] Edgar N. Sanchez a, Hector M. Becerra a, Carlos M. Velez (2007) “Combining fuzzy, PID and regulation control for an autonomous mini-helicopter” Information Sciences 177 1999– 2022
• [8] Luo C.C, R.F Liu, C.D Yang and Y.H Chang. (2003) “Helicopter H∞ control design with robust flying quality”. Aerospace Science and Technology 7 159–169.
• [9] Roushandel. A, A. Khosravi, A. Alfi, A Robust LMI-Based Stabilizing Control Method for Bilateral Teleoperation Systems,International Review of Automatic Control, Vol. 6 N.2,March 2013
• [10] McLean D and H Matsuda. (2018) “Helicopter station keeping: comparing LQR, fuzzy-logic and neural net controllers”. Engineering Application of Artificial Intelligence 11411-418.
• [11] Feedback Instruments Ltd.Twin Rotor MIMO System Advanced Technique Manual, Crowborough, U.K.
• [12] Ramalakshmil. AP.S. , P.S. Manoharan (2012) Non-linear Modeling and PID Control of Twin Rotor MIMO System IEEE International Conference on Advanced Communication Control and Computing Technologies (ICACCCT)
• [13] Hassan J and J, S. Shamma (2017) Design Of Real-Time Implementable Distributed Suboptimal Control: An LQR Perspective.IEEETransactions on Control of Network Systems
• [14] Li Sun, (2018) Research on Multi Model LQR Control Method of Three DOF Helicopter, 10th International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics.
• [15] Thomas I, Femi T, Mija S.J, (2020), Trajectory Tracking of Unmanned Helicopter Using Optimized Integral LQR Controller, Fourth International Conference on Inventive Systems and Control (ICISC). Publisher: IEEE.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).