Genetic algorithm optimization of Quadcopter Pid Control
Küçük Resim Yok
Tarih
2018
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Maltepe Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
The Quadcopter control makes a challenge for researchers, because it is a nonlinear system, which is complex and strongly coupled. It is at 6 degrees of freedom; 3 for rotation and 3 for translation, but only 4 inputs, what makes it an under-actuated system. Many non-linear control approaches were applied to this kind of systems; among them, we can find sliding mode, backstepping and other techniques with different complexity design. Linear approaches; were also applied for non-linear systems, but the linearization is required which leads to the fact that the application will be achieved just for rotational subsystem with a small range of angles. In this work, the PID controller is proposed for the full system and so, to keep the nonlinearity, we have used a meta-heuristic optimization technique to tune the parameters, based on a Genetic Algorithm.Our strategy is as follows: a. Designing the controllers of the actuated subsystems (altitude and attitude) by a decentralized way. Here the interactions between the altitude and the angles are decoupled by adding an adaptive-term. b. Decoupling the interactions between the translation and the angles by applying a sequential design; The controllers are designed for the actuated system and then the position controllers by a cascade design. The position coordinates have virtual inputs, which are the accelerations. The use of GA allows us to design a simple linear control low for a complex nonlinear system. The proposed technique is not limited to the only case of linear range and is extended to a large range of states; this is not possible if we use classical approaches. There are output states (translation position) with under-actuated degrees of freedom, and which have a virtual inputs; our method, contrary to the classical ones, has the ability to design the controllers by using a Genetic Algorithm which allow giving the optimal parameters. The simulations are implemented in MATLAB/ Simulink tool to evaluate the control technique in terms of dynamic performance and stability. In spite of the simplicity of the PID controllers’ design, the effect of the proposed technique is shown in terms of tracking errors and stability, even for big angles, subsequently, high velocity response, high dynamic performances, and practically acceptable rotors speed.
Quadcopter denetimi araştırmacılar için çetin bir problemdir çünkü karmaşık ve sıkı bağlı, doğrusal olmayan bir sistemdir. 3’ü dönme ve 3’ü çevirme için toplam 6 serbestlik derecesine fakat yalnızca 4 girişe sahiptir; bu da bu sistemi yetersiz çalıştırılan bir sistem haline getirmektedir. Bu türden sistemler için çok sayıda doğrusal olmayan yöntem uygulanmıştır; örneğin, sürgülü mod, geri adım atma ve farklı karmaşıklıkta tasarıma sahip diğer teknikler gibi. Doğrusal olmayan sistemler için ayrıca doğrusal yaklaşımlar da uygulanmıştır. Ancak, doğrusallaştırma gerekmektedir ve bunda da yalnızca küçük bir açı aralığına sahip dönmeli alt sistemler için başarılı uygulamalar elde edilmiştir. Bu çalışmada, tüm sistem için bir PID denetleyici önerilmektedir ve doğrusal olmayan çalışmayı koruyabilmek için PID parametrelerini ayarlamak amacıyla Genetik Algoritma (GA) tabanlı bir üst-sezgisel eniyileştirme tekniği uygulanmaktadır. Uygulanan strateji şu şekildedir: a. Tahrikli altsistemlerin (irtifa ve tutum) denetleyicilerinin merkezi olmayan bir şekilde tasarımı. Burada, irtifa ve açılar arasındaki etkileşim adaptif bir terim eklenerek birbirinden ayrıştırılmıştır. b. Çevirme ve açılar arasındaki etkileşimlerin sıralı bir tasarım uygulanarak birbirinden ayrıştırılması. Tahrikli sistemler için denetleyiciler tasarlandı ve konum denetleyicileri kaskad bir tasarım ile bağlandı. Konum koordinatları ivmelenmeler şeklinde sanal girişlere sahiptir. GA kullanımı, karmaşık ve doğrusal olmayan bir sistem için basit ve doğrusal bir denetleyici tasarlamaya olanak sağlamaktadır. Önerilen teknik yalnızca doğrusal bir aralıkla sınırlı değildir ve geniş bir durum aralığına hitap edebilecek şekilde genişletilebilir; bu durum klasik yaklaşımlarda mümkün değildir. Yetersiz çalıştırılan serbestlik dereceli ve sanal girişli çıkış durumları (çevirme konumları) vardır ve önerilen yöntemde, klasik yöntemlerin aksine, GA kullanılarak, optimal parametre değerleri verebilen denetleyiciler tasarlanabilmektedir. Dinamik performans ve stabilite açısından denetleyici tekniğini değerlendirmek için MATLAB/ Simulink aracında benzetimler gerçeklenmiştir. PID denetleyicilerin tasarımının basitliğine rağmen, geniş açılar, yüksek hız yanıtı, yüksek dinamik performanslar ve kabul edilebilir rotor hızları için bile, izleme hataları ve stabilite bakımından önerilen sistemin etkinliği gösterilmiştir.
Quadcopter denetimi araştırmacılar için çetin bir problemdir çünkü karmaşık ve sıkı bağlı, doğrusal olmayan bir sistemdir. 3’ü dönme ve 3’ü çevirme için toplam 6 serbestlik derecesine fakat yalnızca 4 girişe sahiptir; bu da bu sistemi yetersiz çalıştırılan bir sistem haline getirmektedir. Bu türden sistemler için çok sayıda doğrusal olmayan yöntem uygulanmıştır; örneğin, sürgülü mod, geri adım atma ve farklı karmaşıklıkta tasarıma sahip diğer teknikler gibi. Doğrusal olmayan sistemler için ayrıca doğrusal yaklaşımlar da uygulanmıştır. Ancak, doğrusallaştırma gerekmektedir ve bunda da yalnızca küçük bir açı aralığına sahip dönmeli alt sistemler için başarılı uygulamalar elde edilmiştir. Bu çalışmada, tüm sistem için bir PID denetleyici önerilmektedir ve doğrusal olmayan çalışmayı koruyabilmek için PID parametrelerini ayarlamak amacıyla Genetik Algoritma (GA) tabanlı bir üst-sezgisel eniyileştirme tekniği uygulanmaktadır. Uygulanan strateji şu şekildedir: a. Tahrikli altsistemlerin (irtifa ve tutum) denetleyicilerinin merkezi olmayan bir şekilde tasarımı. Burada, irtifa ve açılar arasındaki etkileşim adaptif bir terim eklenerek birbirinden ayrıştırılmıştır. b. Çevirme ve açılar arasındaki etkileşimlerin sıralı bir tasarım uygulanarak birbirinden ayrıştırılması. Tahrikli sistemler için denetleyiciler tasarlandı ve konum denetleyicileri kaskad bir tasarım ile bağlandı. Konum koordinatları ivmelenmeler şeklinde sanal girişlere sahiptir. GA kullanımı, karmaşık ve doğrusal olmayan bir sistem için basit ve doğrusal bir denetleyici tasarlamaya olanak sağlamaktadır. Önerilen teknik yalnızca doğrusal bir aralıkla sınırlı değildir ve geniş bir durum aralığına hitap edebilecek şekilde genişletilebilir; bu durum klasik yaklaşımlarda mümkün değildir. Yetersiz çalıştırılan serbestlik dereceli ve sanal girişli çıkış durumları (çevirme konumları) vardır ve önerilen yöntemde, klasik yöntemlerin aksine, GA kullanılarak, optimal parametre değerleri verebilen denetleyiciler tasarlanabilmektedir. Dinamik performans ve stabilite açısından denetleyici tekniğini değerlendirmek için MATLAB/ Simulink aracında benzetimler gerçeklenmiştir. PID denetleyicilerin tasarımının basitliğine rağmen, geniş açılar, yüksek hız yanıtı, yüksek dinamik performanslar ve kabul edilebilir rotor hızları için bile, izleme hataları ve stabilite bakımından önerilen sistemin etkinliği gösterilmiştir.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Kaynak
Maltepe Üniversitesi Uluslararası Öğrenci Kongresi
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Hasseni, S. E. I. (2018). Genetic algorithm optimization of Quadcopter Pid Control / Quadcopter Pid Denetleyicisinin genetik algoritma eniyileştirmesi. Maltepe Üniversitesi Uluslararası Öğrenci Kongresi. s. 26-27.
