Full Attitude Intelligent Controller Design of a Heliquad under Complete Failure of an Actuator

要約

この論文では、信頼性の高い Heliquad を設計し、1 つのアクチュエータの完全な故障に対処するインテリジェント コントローラを開発します。
Heliquad は、Quadcopter に似たマルチコプターで、中心から対角対称に 4 つのアクチュエーターを備えています。
各アクチュエータには 2 つの制御入力があります。
最初の入力はプロペラ ブレードのコレクティブ ピッチ (可変ピッチとも呼ばれます) を変更し、もう 1 つの入力は回転速度を変更します。
信頼性の高い動作とヨー制御のための高トルク特性要件を実現するために、プロペラ ブレードの設計には反りのある翼形が使用されます。
ニューラル ネットワーク ベースの制御割り当ては、1 つのアクチュエータが完全に失われた場合でも完全な制御権限を提供するように設計されています。
非線形四元数ベースの外側ループ位置制御、姿勢制御用の比例微分内側ループ、およびニューラル ネットワーク ベースの制御割り当てがコントローラーの設計に使用されます。
提案されたコントローラーと Heliquad 設計のパフォーマンスは、障害時の位置基準コマンドを追跡するソフトウェアインループ シミュレーションを使用して評価されます。
この結果は、インテリジェント コントローラーを備えた Heliquad が、1 つのアクチュエーターが完全に失われた場合でも、必要な追跡性能を提供することを明確に示しています。

要約(オリジナル)

In this paper, we design a reliable Heliquad and develop an intelligent controller to handle one actuators complete failure. Heliquad is a multi-copter similar to Quadcopter, with four actuators diagonally symmetric from the center. Each actuator has two control inputs; the first input changes the propeller blades collective pitch (also called variable pitch), and the other input changes the rotation speed. For reliable operation and high torque characteristic requirement for yaw control, a cambered airfoil is used to design propeller blades. A neural network-based control allocation is designed to provide complete control authority even under a complete loss of one actuator. Nonlinear quaternion based outer loop position control, with proportional-derivative inner loop for attitude control and neural network-based control allocation is used in controller design. The proposed controller and Heliquad designs performance is evaluated using a software-in-loop simulation to track the position reference command under failure. The results clearly indicate that the Heliquad with an intelligent controller provides necessary tracking performance even under a complete loss of one actuator.

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