Design of Multi-Input Multi-Output Controller for a UAV by Eigenstructure Assignment Method

Document Type : Original Article

Authors

Flight Mechanics and Control-Department of Aerospace Engineering-Amirkabir University of Technology-Tehran-Iran

Abstract

The purpose of this paper is to present a multi-input multi-output(MIMO) linear controller based on the eigenstructure assignment method for a fixed-wing unmanned aerial vehicle(UAV) in longitudinal and lateral-directional channels. To this end, a six degrees-of-freedom model of the UAV is considered, where dynamic modes of the system in each channel are analyzed, and the effect of each dynamic mode on state and output variables of the system is investigated. Then the eigenvalue and eigenvector parameters of the designed controller are appropriately assigned to the system dynamic modes in each channel. In addition, the system requirements of each dynamic mode are satisfied with the proposed controller, and adverse interaction between the system state variables is minimized. The capability and effectiveness of the designed controller in a desired maneuver are demonstrated with a nonlinear model simulation of a fixed-wing UAV. In this regard, the results in longitudinal and lateral-directional channels are presented.

Keywords

Main Subjects


Article Title [فارسی]

طراحی کنترلگر چند ورودی چند خروجی برای یک پرنده بدون سرنشین به روش تخصیص ساختار ویژه

Authors [فارسی]

  • علی معتمدی
  • ابوالقاسم نقاش
گروه مکانیک پرواز و کنترل - دانشکده مهندسی هوافضا - دانشگاه صنعتی امیر کبیر - تهران - ایران
Abstract [فارسی]

در مقاله حاضر یک کنترلگر خطی چند ورودی – چند خروجی مبتنی بر روش تخصیص ساختار ویژه برای یک هواپیمای بدون سرنشین در دو کانال طولی و عرضی- سمتی طراحی گردیده است. به این منظور مدل شش درجه آزادی پرنده در هر دو کانال مورد بررسی قرار گرفته است و با تحلیل و ارزیابی ماهیت مودهای دینامیکی سیستم در هر کانال و بررسی تأثیر هر مود دینامیکی بر هر یک از متغیرهای حالت و خروجی پرنده، پارامترهای مقدار ویژه و بردار ویژه برای هر مود دینامیکی سیستم به نحو مطلوبی تخصیص داده شده است. به طوریکه در کنترلگر طراحی شده ضمن فراهم نمودن الزامات عملکردی مورد نیاز برای هر مود دینامیکی پرنده، برهمکنش نامطلوب متغیرهای حالت بر یکدیگر در هر کانال پروازی به کمترین مقدار ممکن رسیده است. در انتها شبیه سازی مدل غیر خطی شش درجه آزادی پرنده به همراه کنترلگر طراحی شده در مانور مورد نظر، توانمندی کنترلگر طراحی شده را اثبات نموده است.

Keywords [فارسی]

  • تخصیص ساختار ویژه
  • کنترلگر چند ورودی- چند خروجی
  • پرنده بدون سرنشین