Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelling and optimal control system design for quadrotor platform – an extended approach

Zawiski R., Błachuta M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2014

|

Vol. 62, nr 3

535--550

EN

This article presents the development of a mathematical model of a quadrotor platform and the design of a dedicated control system based on an optimal approach. It describes consecutive steps in development of equations forming the model and including all its physical aspects without commonly used simplifications. Aerodynamic phenomena, such as Vortex Ring State or blade flapping are accounted for during the modelling process. The influence of rotors’ gyroscopic effect is exposed. The structure of a control system is described with an application of the optimal LQ regulator and an intuitive way of creating various flight trajectories. Simulation tests of the control system performance are conducted. Comparisons with models available in the literature are made. Based on above, conclusions are drawn about the level of insight necessary in creation of control-oriented and useable model of a quadrotor platform. New possibilities of designing and verifying models of quadrotor platforms are also discussed.

2

Synteza układu sterowania samolotem z zastosowaniem metody kontrakcji dynamicznej

Czyba R., Błachuta M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2004

|

z. 63 [213], t.1

61--68

PL

Celem pracy jest przeprowadzenie studium metodyki syntezy układu sterowania samolotem bazującej na metodzie kontrakcji dynamicznej. W pracy przedstawiono model dynamiki samolotu i wskazano na nieliniowosci tkwiące w obiekcie regulacji. Następnie omówiono metodę kontrakcji dynamicznej oraz przedyskutowano ruchy w wolnej i szybkiej skali czasu. W kolejnej części przedstawiono równania modeli odniesienia oraz poszczególne etapy projektowania regulatorów. W końcowym etapie zaprezentowano wyniki symulacji lotów, które wykonano w układzie zamkniętym z zaprojektowanym układem sterowania.

EN

In the paper the design of an aircraft flight controller based on the Dynamic Contraction Method is presented. The control task is formulated as a tracking problem of aerodynamic state variables: velocity of flight and three angles, which are responsible for aircraft flight conditions in the spatial movement. The applied DCM method allows to create the expected ourputs for non-linear and non-stationary objects in spite of incomplete information about varying parameters of the system and extemal disturbances. In addition, we require that transient processes have desired dynamic properties and are mutually independent. The resulting controller has a simple form of a combination of a low-order linear dynamical system and a matrix whose entries depend nonlinearly on certain measurable flight variables. The structure of the paper is as follows. First, a mathematical description of the aircraft model is introduced. The next part includes a description of DCM method used for the control system design. The control solution along with the stages of regulators design are presented on F-16 aircraft model. Finally, the results of simulations performed in the closed-loop system with DCM structure are presented.

3

Sterowanie prędkością i kątem toru lotu samolotu w ruchu podłużnym

Czyba R., Błachuta M.

Zeszyty Naukowe. Automatyka / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 138

75-90

PL

W pracy przedstawiono koncepcję sterowania wysokością lotu modelu samolotu oraz przeanalizowano właściwości takiego układu. Głównym celem pracy jest synteza podukładu sterowania modelu samolotu, zapewniającego kontrolę prędkości lotu oraz pośredniego sterowania wysokością lotu, poprzez kąt toru lotu. W artykule przedstawiono opis metody kontrakcji dynamicznej DCM (ang. Dynamic Contraction Method), zaprezentowano zadanie sterowania, przedstawiono etapy projektowania regulatorów oraz omówiono trudności i ograniczenia, jakie wystąpiły przy projektowaniu i modelowaniu złożonych struktur. W procesie projektowania i symulacji rozważono regulację ciągłą. W końcowym etapie wykonano szereg symulacji w układzie zamkniętym z zaprojektowanym układem sterowania DCM.

EN

In the paper the synthesis of the longitudinal movement control of an aircraft based on the Dynamic Contraction Method is presented. The main goal of the design is to provide the speed as well as ascent and descent control which is treated as an indirect altitude control. The description of DCM method was included, and the control task was introduced with the stages of regulators design for the aircraft model. The difficulties and obstacles that occurred in complex structures design and modeling were discussed. Finally, the results of simulations performed in the closed-loop system with DCM structure were presented.

4

Koncepcja sterowania ruchem przestrzennym modelu smolotu z wykorzystaniem metody kontrakcji dynamicznej

Czyba R., Błachuta M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2001

|

z. 56[186], t.1

55-62

PL

Celem artykułu jest prezentacja syntezy układu sterowania modelu samolotu w oparciu o metodę kontrakcji dynamicznej (Dynamic Contraction Method - DCM). Zastosowana metoda pozwala na kształtowanie pożądanych przebiegów wyjść dla obiektów nieliniowych i niestacjonarnych przy założeniu, że informacja o zmieniających się parametrach układu i zewnętrznych zakłóceniach jest niekompletna. Przedstawiono opis dynamiki lotu samolotu i wskazano na nieliniowości tkwiące w modelu oraz zdefiniowano warunki wyważania. Omówiono metodę kontrakcji dynamicznej, określono zadanie sterowania oraz przedstawiono etapy projektowania regulatorów dla modelu samolotu klasy F-16. W końcowym etapie zaprezentowano wyniki symulacji lotów z układem sterowania DCM.

EN

In the paper the design of an aircraft flight controller based on the Dynamic Contraction Method is presented. The control task is formulated as a tracking problem of aerodynamic state variables: velocity of flight and three angles. The applied DCM method allows to create the expected outputs for non-linear and non-stationary objects in spite of incomplete information about varying parameters of the system and external disturbances. The resulting controller has a simple form of a combination of a low-order linear dynamical system and a matrix whose entries depend nonlinearly on certain measurable flight variables. The paper was organized as follows. First, the aircraft model was introduced, then the conditions for the steady-state flight were defined and the trim algorithm was presented. The next part included a broad description of DCM method, which was used for the controI system design. Finally, the results of simulations performed for the closed-loop system with a DCM controller were presented.

5

Sterowanie ruchem przestrzennym modelu samolotu z wykorzystaniem metody kontrakcji dynamicznej

Czyba R., Błachuta M.

Zeszyty Naukowe. Automatyka / Politechnika Śląska

|

2001

|

z. 133

83-105

PL

Artykuł dotyczy syntezy sterowania ruchem modelu samolotu w przestrzeni 3D metodą kontrakcji dynamicznej DCM (ang. Dynamie Contraction Method). W pracy przedstawiono opis metody, zaprezentowano zadanie sterowania oraz przedstawiono etapy projektowania regulatorów dla przykładowego modelu samolotu klasy F-16. Omówiono również trudności i ograniczenia, jakie wystąpiły przy projektowaniu i modelowaniu złożonych struktur, a także sposób rozwiązania zaistniałych problemów. W końcowym etapie zaprezentowano wyniki symulacji, które wykonano w układzie zamkniętym z układem sterowania DCM. Pokazano również możliwość kształtowania dynamiki wielkości zadawanej.

EN

In the paper the synthesis of a spatial movement control of aircraft model based on the Dynamic Contraction Method is presented. The description of DCM method was included, and the control task was introduced with the stages of regulators design for the exemplary F-16 aircraft model. The difficulties and obstacles that occurred in complex structures design and modeling were discussed as well as the ways to solve the existing problems. Finally, the results of simulations performed in the closed-loop system with DCM structure were presented. The possibility to create the dynamics of set value is also discussed.

6

Contributions to the theory of discrete-time cintrol for continuous-time systems

Błachuta M.

Zeszyty Naukowe. Automatyka / Politechnika Śląska

|

1999

|

z. 127

1-190

EN

Astrom-Hagander-Sternby and Hagiwara-Yuasa-Araki theorems on limiting zeros of pulse transfer functions of sampled-data systems with respectively zero-order and first-order holds are extended by determining the accuracy of the asymptotic results for both the discretization and the intrinsic zeros when the sampling interval is small. Closed form formulae are derived that express the degree of the principal term of taylor expansion of difference between the true zeros and asymptotic ones as a function of the relative degree of the underlying continous-time system, and the value of the corresponding coeffiecient itself. A systematic approach to a class of approximations to the pulse transfer function of a system consisting of a zero-order hold and a linear continuous-time plant is presented. It is based on the asymptotic result of Astrom, Hagander & Sternby (1984) on zeros of sampled systems at high sampling rates, and on the bilinear transformation. Model matching control, robust control and identification are suggested as possible areas of application. Superiority of the approximations considered over a delta-operator based truncated approximation of Goodwin et al. (1986) is shown.

PL

W pracy rozszerza się twierdzenia Astroma-Hagandera-Sternbyego oraz Hagiwary-Yuasy-Arakiego o zerach granicznych transmitancji impulsowych układów z ekstrapolatorami rzędu zerowego i pierwszego poprzez określenie dokładności wyników asymptotycznych dla zer wewnętrznych oraz zer dyskretyzacji dla małych okresów próbkowania. Wprowadza się formuły wyrażające stopień członu głównego rozwinięcia Taylora różnicy pomiędzy zerami dokładnymi a asymptotycznymi jako funkcje względne rzędu wyjściowego układu ciągłego oraz wartość współczynnika członu głównego. Prezentuje się systematyczne podejście do klasy aproksy macji transmitancji impulsowej dla układu z ekstrapolatorem pierwszego rzędu bazującego na wyniku Astroma, Hagandera i Starnbyego (1984) dotyczącego zer asymptotycznych przy wysokich częstotliwościach próbkowania oraz transformacji biliniowej. Pokazuje się wyższość rozważanych aproksymacji nad tak zwaną aproksymacją obcięta Goodwina i inn. (1986), bazującą na operatorze delta. Jako możliwe obszary zastosowań sugeruje się sterowanie według zadanego modelu, sterowanie odporne oraz identyfikację.