جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای علیرضا کریمی)
موضوع: طراحی مسیر بهینه و کنترل مقاوم یک کوادکوپتر در حضور باد با قابلیت عبور از موانع، تعقیب و نشستن بر روی هدف متحرک
ارائه دهنده: علیرضا کریمی بهجت آبادی
استادان راهنما: جناب آقای دکتر موسوی
استادان مشاور: جناب آقای دکتردانش
استادان داور: جناب آقایان دکتر بهبهانی و دکتر کاروان
چکیده:
کوادکوپترها در سال‌های اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند و در زمینه‌های گوناگون از قبیل امداد و نجات، تحویل محموله‌ها و نظامی از آنها استفاده می‌شود. دلیل اهمیت آن داشتن قابلیت مانورپذیری باقابلیت نشست و برخاست عمودی و معلق ماندن در یک جا میباشد. بسیاری از کوادروتورها در برابر اغتشاش خارجی ممکن است نتواند مسیر مورد نظر را به دقت بپیمایند و بنابراین به کنترل‌کننده‌ای مقتوم نیاز دارند. از طرفی در برخی مواقع ممکن است نیاز باشد که کوادروتور در یک محیط با موانع (استاتیک یا دینامیک) حرکت کند. بنابراین لازم است مسیری که کمترین مصرف انرژی را دارد، انتخاب کند. ضمن آنکه ممکن است در واقعیت موانعی در مسیر پرواز کوادکوپتر وجود داشته باشند که باید بتواند موانع را دور زده و از آنها عبور نماید. کاربرد کوادکوپترها در مباحث عملیاتی از جمله فیلمبرداری‌ها، عملیات نظامی و امداد و نجات بیشتر برجسته می‌شود به خصوص وقتی در محیط واقعی باد هم وجود داشته باشد. با بررسی مقالات گوناگون به این نتیجه رسیدیم که کمتر پژوهش جامع و چند بعدی در زمینه کوادکوپترها انجام شده است و لازم است در این پایان نامه مباحث زیر مد نظر قرار گرفته و پوشش داده شود.
دینامیک غیر خطی کوادکوپتر در محاسبات لحاظ شود زیرا در محاسبات دینامیکی پژوهش‌های قبلی، توجهی به برخی ترمهای عبارات گشتاورهای کوادکوپتر نشده بود و در مشتق‌گیری‌ها برخی ترمها را به حساب نیاورده‌اند که البته چنین فرضی برای در نظر نگرفتن این ترمها نمی‌تواند چندان صحیح باشد و در این پایان‌نامه به این موضوع خواهیم پرداخت. با وجود باد و عدم قطعیت جرم، از یک کنترل‌کننده مود لغزشی انتگرالی استفاده شود. جهت اجتناب از موانع یک تابع هزینه تعریف شود تا کوادکوپتر به موانع برخورد نکند و بهینه‌سازی مسیر حرکت کوادکوپتر با الگوریتم PSO (تعیین ضرایب چند جمله‌ای مسیر با الگوریتم PSO) انجام شود. ترجیحاً طراحی مسیر و کنترل‌کننده به نحوی صورت پذیرد که کوادکوپتر قادر به تعقیب یک هدف متحرک (مثلا خودرو درحال حرکت) و نشستن بر روی آن باشد و اندازه و جهت بردار سرعت کوادکوپتر با هدف متحرک یکی خواهد شد و سرعت آن در راستای z کم خواهد بود تا حین فرود ضربه بوجود نیاید. برای واقعی‌تر شدن مسئله، فرض می‌شود که سرعت سکوی فرود متغیر است (البته نه به حدی که فرود غیرممکن شود) و ضمناً بردار سرعت سکوی فرود در هر لحظه به کوادکوپتر مخابره می‌شود و کوادکوپتر باید بتواند بر روی چنین سکوی متحرکی فرود بیاید. بنابراین با جمع بندی مباحث مطرح شده به نظر می‌رسد که این کار می‌تواند دستاورد پژوهشی جامع و چندگانه‌ای مشتمل بر دینامیک کنترل و بهینه‌سازی را شامل شود و نسبت به بسیاری از مقالات و پژوهش‌های چاپ شده کامل‌تر و کاربردی‌تر باشد. ضمن آنکه تمرکز اصلی بر طراحی مسیر و بهینه سازی مسیر کوادکوپتر میباشد. از آنجاییکه هم مدل دینامیکی بطور غیرخطی محاسبه می شود، هم از الگوریتم بهینه‌سازی APSO تطبیقی (که یکی از بهترین الگوریتم‌ها در این حوزه میباشد) استفاده می‌شود، می‌توان آین را پژوهشی تلفیقی محسوب نمود، مشتمل بر دینامیک، کنترل و بهینه سازی. علاوه بر موارد مذکور با در نظر گرفتن فرضیاتی از جمله وجود باد در محیط، عدم قطعیت جرم، وجود موانعی در مسیر و اجتناب از برخورد با موانع و فرود برسکوی متحرک می‌توان آن را پژوهشی محسوب نمود که نسبت به بسیاری از پژوهش‌های انجام‌شده برتری دارد. مراحل انجام شده شامل تحقیق و مطالعه کارهای مشابه در این حوزه، استخراج روابط دینامیکی حاکم بر سیستم، تعریف تابع هزینه در بهینه‌سازی، نوشتن کد بهینه‌سازی ازدحام ذرات تطبیقی و اتصال آن به برنامه طراحی مسیر به منظور ایجاد مسیر مطلوب، طراحی کنترل‌کننده در نرم افزار متلب میباشد.
وازگان کلیدی: طراحی مسیر، موانع و مانع، PSO، APSO